L’énigme de la couronne solaire

Les premières images du Soleil du satellite Solar Orbiter, le 16 juillet. SOLAR ORBITER / EUI / ESA / NASA / AFP


Jamais on n’a vu le Soleil d’aussi près.
Il y a peu Solar Orbiter, le satellite américano-européen, nous offrait ses premières images du soleil, prises à 77 millions de km, soit environ la moitié de la distance Terre-Soleil ! Mais le satellite n’a pas fini son voyage. Durant sa mission prévue pour 10 ans, il va passer à 42 millions de kilomètres du Soleil et observer des endroits invisibles depuis la Terre.

Mais pourquoi envoie-t-on des satellites observer le soleil d’aussi près ? et comment fait-on pour construire des machines capables de résister à des températures extrêmement élevées ? 

Le Soleil et la Terre

Une aurore polaire en Alaska aussi appelée aurore boréale. Domaine public

Le Soleil est une énorme boule d’énergie. De très puissantes réactions nucléaires se produisent au centre de l’astre, nous les avons mentionnées dans cet article : https://kidiscience.cafe-sciences.org/articles/le-soleil-une-etoile-quon-ecoute/.

Ces réactions émettent d’importantes quantités d’énergie sous forme de chaleur et de rayonnement, principalement de la lumière visible. Le Soleil émet également des particules (protons ou électrons) chargées, non visibles à l’œil nu, qui voyagent à grande vitesse jusqu’à la Terre, plus vite que le son mais moins que la lumière : le vent solaire.  Ce vent solaire, lorsqu’il est piégé dans l’atmosphère de la Terre au niveau des pôles, va dessiner de magnifiques aurores polaires dans le ciel.

Lors d’éruptions ou tempêtes solaires, mille fois plus de particules atteignent la Terre. Ce qui peut perturber le fonctionnement des satellites ou des sondes spatiales et indirectement celui de nos télécommunications. Les changements de force et d’intensité du vent solaire ont aussi un impact sur notre atmosphère et le climat.  

L’énigme de la couronne solaire

La couronne solaire vue lors de l’éclipse totale de soleil en 1999 en France.  Luc Viatour


Nous connaissons le Soleil grâce aux effets que nous ressentons sur Terre, mais nous ne savons que peu de choses sur comment les tempêtes solaires sont déclenchées, et encore moins sur le fonctionnement et les mouvements de l’atmosphère du Soleil qui génèrent ces tempêtes. 
En particulier, la couronne du Soleil, la couche la plus externe de son atmosphère, est bien mystérieuse. Lors d’une éclipse solaire, c’est elle que l’on voit autour du Soleil. 

Et bien figure-toi que la température de cette couronne est une énigme. Personne ne comprend tout à fait pourquoi la température y est plus élevée, 2 000 000 °C !, qu’à la surface du soleil où il ne fait que 6000 °C ! La couronne située plus loin du Soleil devrait être plus froide. On a récemment observé des jets propulsant du gaz très chaud (1 000 000 °C) de la surface à la couronne et disparaissant très vite. Ils n’expliquent qu’une partie du mystère. 

Il se passe donc des phénomènes importants autour du Soleil qui ont sûrement un lien avec le vent solaire. C’est pour mieux les comprendre que la mission de Solar Orbiter a été conçue. 

 La mission Solar Orbiter, des prouesses techniques

Le bouclier thermique de Solar Orbiter. Crédit : O. Usher (UCL MAPS)

 Solar Orbiter n’est pas le premier satellite d’observation du Soleil à aller aussi près. En fait, un autre satellite a été envoyé en 2018, Parker Solar Probe, qui devrait approcher notre étoile en 2025 à moins de 7 millions de km, six fois plus près que Solar Orbiter !  

 Les satellites ont tous les deux des missions longues, débutant par une phase de lancement qui les propulse en orbite autour du Soleil, avant la phase d’acquisition de données de 5 à 10 ans pendant laquelle ils effectueront une vingtaine de passages au plus près du Soleil. 

On peut suivre la trajectoire prévue de Solar Orbiter ici.

https://sci.esa.int/web/solar-orbiter/-/solar-orbiter-s-journey-around-the-sun-1

Ils sont également tous les deux équipés d’un bouclier thermique leur permettant de résister à plus de 500°C (1500°C pour Parker Solar Probe). Le bouclier de Solar Orbiter protège la face du satellite exposée au Soleil, et est principalement constitué d’isolant et de carbone de 30 cm d’épaisseur, recouvert d’une feuille de titane.

Ces deux satellites vont effectuer des mesures du vent solaire et produire des images de la surface du Soleil avec moins d’erreurs car plus près de la source. Cela va permettre de mieux comprendre ce qui se passe autour du Soleil, et en particulier l’interaction entre son atmosphère et le vent solaire. Mais aussi nous allons pouvoir observer les pôles du Soleil, invisibles depuis la Terre.

Si Parker Probe peut aller plus près, il emporte moins d’instruments de mesure.  Un des atouts de Solar Orbiter sont ses télescopes qui mesurent les longueurs d’ondes « invisibles » qui pour la plupart ne traversent pas l’atmosphère terrestre. Par exemple, il peut observer le rayonnement ultraviolet de la couronne du Soleil avec la meilleure résolution spatiale jamais atteinte (oui, les fameux UV dont il faut se méfier https://kidiscience.cafe-sciences.org/articles/cest-quoi-le-rayonnement-solaire/).

Espérons qu’ils nous aident à résoudre l’énigme de la couronne solaire !

Auteur : Emilie Neveu  / Sense the Science

Pour aller plus loin:

Sur Solar orbiter
https://www.futura-sciences.com/sciences/actualites/soleil-images-exceptionnelles-soleil-revelent-minuscules-feux-camps-surface-79489/

https://solar-orbiter.cnes.fr/fr 

Observer le soleil en temps réelhttps://sdo.gsfc.nasa.gov

Sur le mystère de la couronne solairehttps://www.sciencesetavenir.fr/espace/nouvelle-explication-pour-le-mystere-de-la-couronne-solaire_33258

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