Représentation d'un artiste de la sonde solaire Parker de la NASA recueillant des données sur le soleil.
(Image: © Laboratoire de physique appliquée de l'Université Johns Hopkins)
Le soleil commence à renoncer à certains de ses secrets les mieux gardés.
Les premiers résultats scientifiques proviennent de la NASA Sonde solaire Parker (PSP), qui a volé plus rapidement et plus près du soleil que tout autre objet créé par l'homme dans l'histoire.
Les retours initiaux de la PSP, qui sont rapportés dans quatre articles publiés en ligne aujourd'hui (4 décembre) dans la revue Nature, commencent à lever le voile sur l'étoile de la Terre, qui est restée étonnamment mystérieuse bien qu'elle ait toujours été la lumière la plus brillante de notre ciel.
"Ces quatre articles montrent qu'en pénétrant dans une région inexplorée du système solaire, la PSP a déjà fait de grandes découvertes", a écrit Daniel Verscharen, chercheur au Mullard Space Science Laboratory de l'University College de Londres, dans un "News and Vues "pièce dans le même numéro de Nature. Verscharen n'a participé à aucune des nouvelles études.
Embrasser le soleil
le PSP lancé en août 2018, dans le cadre d'une mission de 1,5 milliard de dollars pour aider les chercheurs à mieux comprendre le fonctionnement interne du soleil.
Les scientifiques de la mission sont particulièrement intéressés à résoudre deux énigmes de longue date: comment le flux de particules s'écoulant en continu du soleil, connu sous le nom de vent solaire, est accéléré à ses vitesses énormes; et pourquoi l'atmosphère extérieure du soleil, ou corona, est tellement plus chaud que sa surface. (Les températures corona peuvent dépasser 2 millions de degrés Fahrenheit, ou 1,1 million de degrés Celsius. La surface solaire est carrément tempérée par comparaison, à 11 000 F ou 6 000 C.)
La PSP s’attaque à ces questions en se précipitant effrontément dans la couronne lui-même. Une fois tous les cinq mois environ, la sonde zoome à travers l'atmosphère grésillante du soleil, obtenant des regards de près sans précédent sur notre étoile.
À ce jour, ces approches les plus proches, ou passages périhéliens, ont conduit la PSP à moins de 24 millions de kilomètres de la surface solaire. Avant cette mission, la sonde la plus proche jamais parvenue au soleil était de 26,55 millions de milles (42,73 millions de kilomètres) - un exploit réalisé en 1976 par le bateau Helios 2, un effort conjoint des États-Unis et de l'ancienne Allemagne de l'Ouest.
Helios 2 a également établi le record de la vitesse la plus rapide par rapport au soleil, à 153 454 mph (246 960 km / h). Cette marque a été franchie par l'orbiteur Juno Jupiter de la NASA, qui a atteint 165 000 mph (265 000 km / h) lors de son arrivée chez le géant du gaz en juillet 2016. Mais la PSP est désormais le roi de la vitesse: lors du premier passage périhélie du vaisseau spatial, en novembre. 6, 2018, la puissante gravité du soleil a accéléré la PSP à un vitesse de pointe de 213 243 mph (343 181 km / h).
Les conditions dans la couronne sont bien sûr extrêmes, de sorte que la PSP est équipée d'une armure robuste: un bouclier en carbone composite de 4,5 pouces d'épaisseur (11,4 centimètres), qui protège le vaisseau et ses quatre instruments scientifiques de la chaleur intense et radiation.
Ces instruments sont l'expérience des champs (Fields), qui mesure, entre autres, les champs et les ondes électriques et magnétiques; l'enquête scientifique intégrée sur le soleil (ISoIS), qui caractérise les électrons, les protons et les ions lourds qui sont accélérés à des vitesses élevées dans l'atmosphère du soleil et au-delà; l'imageur à champ large pour sonde solaire (WISPR), un ensemble de télescopes imageant la couronne et les environs; et l'enquête Solar Electrons Wind Electrons Alphas and Protons (SWEAP), qui étudie les constituants les plus abondants dans le vent solaire (électrons, protons et ions hélium).
Les quatre nouveaux articles rendent compte de ce que ces instruments ont observé lors des deux premiers passages de périhélie de la PSP, qui ont eu lieu en novembre 2018 et avril 2019.
Tracer le vent solaire "lent" jusqu'à sa source
Une des études, par exemple, a constaté que Fields commençait à placer les marchandises sur le vent solaire "lent", une composante du flux qui ne dépasse jamais environ 1,1 million de mph (1,8 million de km / h). «Lent» est un terme relatif ici; le vent solaire "rapide" se déplace à environ deux fois cette vitesse.
Les scientifiques savaient déjà que le vent solaire rapide provient de grands "trous" coronaux - des plaques où l'atmosphère extérieure est considérablement plus froide et plus mince que la normale - près des pôles du soleil. Et les données de Fields suggèrent que le vent lent vient aussi des trous coronaux, mais des plus petits près de l'équateur solaire.
Les champs ont également observé des inversions surprenantes du champ magnétique solaire passant devant le vaisseau spatial: le champ a parfois inversé son orientation de 180 degrés, puis, en quelques secondes ou minutes, a de nouveau basculé.
"Ces lacets sont probablement associés à une sorte de jets de plasma", a déclaré dans un communiqué l'auteur principal de l'étude et chercheur principal de Fields, Stuart Bale, professeur de physique à l'Université de Californie à Berkeley. "Mon sentiment est que ces lacets, ou jets, sont au cœur du problème du chauffage solaire éolien."
Données de SWEAP, quant à eux, indiquent que ces inversions sont des "virages en forme de S dans les lignes de champ venant du soleil", comme le dit Verscharen, et que les flips augmentent la vitesse du vent solaire.
Résultats de l'ISoIS aider à étoffer cette image émergente. Les données de l'instrument montrent qu'il faut plus de particules solaires énergétiques que prévu pour atteindre la PSP, peut-être parce qu'elles se déplacent le long des lignes de champ étonnamment en forme de S.
ISoIS a également détecté plusieurs salves de particules qui ne sont pas assez dramatiques pour être remarquées par des instruments ici sur Terre.
"C'est incroyable - même dans des conditions solaires minimales, le soleil produit beaucoup plus de minuscules événements de particules énergétiques que nous ne le pensions", a déclaré David McComas de l'Université de Princeton, chercheur principal ISoIS et auteur principal de l'une des nouvelles études, dans un communiqué. (L'activité solaire croît et décroît sur un cycle de 11 ans, et notre étoile est actuellement dans une phase relativement inactive.)
"Ces mesures nous aideront à démêler les sources, l'accélération et le transport des particules énergétiques solaires et, à terme, à mieux protéger les satellites et les astronautes", a ajouté McComas.
Et WISPR donne aux scientifiques une image plus claire du soleil, de la couronne et de la région complexe et bouillonnante entourant immédiatement notre étoile. Les images de WISPR aident à mettre les informations collectées par les autres instruments dans le contexte approprié et fournissent également des informations à part entière.
Par exemple, le quatrième nouvelle étude rapports, les photos WISPR fournissent des preuves d'une zone sans poussière près du soleil, qui a été postulée mais pas encore directement détectée. "Les images détaillées de la PSP montrent également des variations spatiales du vent solaire qui sont cohérentes avec les variations du champ magnétique du soleil à sa surface, et révèlent de petites taches de plasma qui sont éjectées du soleil et font partie du jeune vent solaire, "A écrit Verscharen.
Le meilleur est à venir
La réponse solaire-vent est partielle pour le moment, et on ne sait toujours pas exactement comment la couronne est chauffée de manière si spectaculaire (bien que les nouveaux résultats fournissent des indices intrigants). Mais l'équipe PSP a tout le temps de remplir les blancs, car ces résultats récemment publiés ne sont qu'un début. Le vaisseau spatial est conçu pour continuer à étudier le soleil jusqu'en 2025, et ses passages périhéliques continueront de se rapprocher de plus en plus, grâce aux survols de sculpture de trajectoire de Vénus.
L'orbite scientifique finale de la PSP, par exemple, la placera à seulement 3,83 millions de miles (6,16 millions de kilomètres) de la surface solaire et offrira des vitesses de pointe d'environ 430 000 mph (690 000 km / h).
Et ces futures approches rapprochées deviendront plus fréquentes, car la trajectoire de la PSP autour du soleil se rétrécira. La période orbitale de la sonde est actuellement d'environ 150 jours terrestres mais sera de 88 jours à la fin de la mission.
La durée de cette mission permettra à l'équipe PSP d'étudier le soleil à différentes étapes de son cycle d'activité de 11 ans. Ainsi, le vaisseau spatial qui embrasse le soleil devrait rassembler des tas de données intéressantes qui occuperont les chercheurs pendant longtemps.
"Il est prévu que les données PSP guideront notre compréhension du soleil et du vent solaire pendant de nombreuses années", a écrit Verscharen. "De nouveaux modèles et théories seront motivés par les découvertes du vaisseau spatial, et ces connaissances seront transférables à d'autres étoiles et à des plasmas astrophysiques à travers l'univers."
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Cette histoire a été mise à jour à 14 heures. EST doit inclure une déclaration de David McComas.
Le livre de Mike Wall sur la recherche de la vie extraterrestre, "Là-bas"(Grand Central Publishing, 2018; illustré par Karl Tate), est sorti maintenant. Suivez-le sur Twitter @michaeldwall. Suivez-nous sur Twitter @Spacedotcom ou Facebook.
