Une nouvelle mesure révolutionnaire réalisée par le vaisseau spatial Solar Orbiter et la sonde Parker Solar rapproche plus que jamais les scientifiques de la résolution d’un mystère de longue date entourant le Soleil. Curieusement, l’atmosphère de notre étoile hôte, ou couronne, est incroyablement plus chaude que la surface solaire, bien qu’elle soit plus éloignée de la source évidente de chaleur solaire – et c’est une énigme qui intrigue les physiciens depuis environ 65 ans.
La collaboration entre ces deux instruments a été rendue possible lorsque le Solar Orbiter, exploité par l’Agence spatiale européenne (ESA), a effectué des exercices de gymnastique dans l’espace. Ces manœuvres ont permis au vaisseau spatial d’observer simultanément le soleil et la sonde solaire Parker de la NASA. En fin de compte, cela a permis des observations solaires simultanées entre les deux, ce qui a indiqué que les turbulences réchauffent probablement la couronne solaire à des températures incroyables.
“La possibilité d’utiliser à la fois Solar Orbiter et Parker Solar Probe a vraiment ouvert une toute nouvelle dimension à cette recherche”, a déclaré Gary Zank, co-auteur d’une étude sur les résultats et chercheur à l’Université d’Alabama à Huntsville, a déclaré dans un communiqué.
Cette collaboration pourrait enfin résoudre le soi-disant « mystère du chauffage coronal », centré sur la différence de chaleur entre la couronne, constituée d’un gaz vaporeux et vaguement chargé électriquement appelé plasma, et la surface du soleil, ou photosphère.
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Quel est le mystère du chauffage coronaire ?
La couronne peut atteindre des températures aussi élevées que 1,8 million de degrés Fahrenheit (1 000 000 degrés Celsius), tandis qu’à 1 000 milles en dessous d’elle, la photosphère n’atteint que des températures d’environ 10 800 degrés Fahrenheit (6 000 degrés Celsius).
C’est un fait inquiétant, car c’est du noyau du soleil, où s’effectue la fusion nucléaire de l’hydrogène en hélium, que provient la grande majorité de la chaleur solaire. C’est comme l’air à environ trois pieds au-dessus d’un feu de camp, qui est plus chaud que l’air à un pouce des flammes.
La différence de chaleur signifie également qu’un mécanisme de chauffage différent doit agir directement sur la couronne. Jusqu’à présent, ce mécanisme a échappé aux scientifiques, mais les turbulences dans l’atmosphère solaire chauffant de manière significative le plasma coronal ont longtemps été considérées comme une explication plausible. Cependant, cette hypothèse était impossible à étudier avec les données d’un seul vaisseau spatial.
Les satellites peuvent observer le soleil de deux manières : ils peuvent se rapprocher et effectuer des mesures in situ comme la sonde solaire Parker de la NASA, ou ils peuvent effectuer des relevés à distance comme le Solar Orbiter. Le Solar Orbiter étudie la couronne à environ 26 millions de miles (42 millions de kilomètres) du Soleil, tandis que la Parker Solar Probe brave le plasma chauffé au rouge du Soleil alors qu’elle se trouve à environ 4 millions de miles (6,4 millions de kilomètres) de la surface du Soleil.
Mais il existe un compromis entre les deux approches.
La télédétection permet de voir de nombreux détails sur le Soleil, mais souffre du fait d’observer la physique en jeu dans le plasma coronal. D’un autre côté, les observations in situ peuvent mesurer ce plasma plus en détail, mais ont tendance à passer à côté d’une image solaire plus large.
Cela signifie que combiner les mesures à grande échelle des événements solaires de Solar Orbiter avec les observations détaillées du même phénomène par Parker Solar Probe pourrait nous donner une image complète du Soleil, avec tous les détails complexes renseignés – le meilleur des deux mondes.
Cependant, ce n’est pas aussi simple qu’il y paraît. Pour rendre cette collaboration possible, la sonde solaire Parker devrait se trouver dans le champ de vision de l’un des instruments de Solar Orbiter alors que les deux observent le Soleil depuis leurs positions relatives.
Comment les scientifiques ont réussi à trouver le « meilleur des deux mondes » pour potentiellement résoudre un mystère solaire
Une équipe d’astronomes, dont Daniele Telloni, chercheur de l’Institut national italien d’astrophysique (INAF), a constaté que le 1er juin 2022, les deux observatoires solaires seraient à portée de la configuration orbitale souhaitée pour établir une telle collaboration.
Alors que Solar Orbiter regarderait vers le soleil, la sonde solaire Parker serait positionnée juste sur le côté, juste légèrement hors de vue de l’instrument Metis de la sonde spatiale de l’ESA – un dispositif appelé « coronagraphe ». soleil. photosphère pour imager la couronne et est idéal pour les observations à distance à grande échelle.
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Pour aligner parfaitement les deux vaisseaux spatiaux et placer la sonde solaire Parker en vue de Metis, le Solar Orbiter a effectué un roulis de 45 degrés, puis a été légèrement éloigné du Soleil.
Les données recueillies à la suite de cette manœuvre bien planifiée, approuvée par l’équipe d’exploitation du vaisseau spatial, ont porté leurs fruits, révélant des turbulences qui pourraient effectivement transférer de l’énergie de la manière dont les physiciens solaires avaient théoriquement prédit qu’elles provoqueraient un échauffement coronaire.
La turbulence provoque un échauffement coronaire d’une manière similaire à ce qui se produit lorsque le café est brassé ici sur Terre. L’énergie est transférée à des échelles plus petites par des mouvements aléatoires dans un liquide ou un gaz – café et plasma – et cette énergie est convertie en chaleur. Dans le cas de la couronne, le plasma est magnétisé, ce qui signifie que l’énergie magnétique stockée peut également être convertie en chaleur.
Le transfert d’énergie magnétique et de mouvement ou d’énergie cinétique des échelles plus grandes vers les plus petites est l’essence de cette turbulence et, aux plus petites échelles, il permet aux fluctuations d’interagir avec des particules individuelles, généralement des protons chargés positivement, en les chauffant.
Toutefois, cela ne signifie pas que le mystère du réchauffement coronaire soit « l’affaire close ». Les scientifiques solaires doivent encore confirmer le mécanisme suggéré par ces résultats et la collaboration entre la Parker Solar Probe et le Solar Orbiter.
“Il s’agit d’une première scientifique. Ce travail représente un pas en avant important dans la résolution du problème de l’échauffement coronarien”, a déclaré Daniel Müller, scientifique du projet Solar Orbiter.
Les recherches de l’équipe ont été publiées jeudi 14 septembre dans la revue Astrophysical Journal Letters.