Le vent solaire est une pluie incessante de particules chargées électriquement émises par le Soleil. Il est très variable, changeant ses caractéristiques telles que la vitesse, la densité et la composition, en fonction de la partie de la surface du Soleil d'où il provient.
Pourtant, malgré des décennies d’études, certains aspects de l’origine du vent solaire restent mal compris. Et au moment où le vent atteint la Terre, une grande partie des détails ont été estompés, ce qui rend pratiquement impossible de le retracer jusqu'à des régions spécifiques de la surface du Soleil.
Solar Orbiter observe une région active sur le Soleil
Lorsque le vent solaire traverse le système solaire, il interagit avec les corps célestes et les vaisseaux spatiaux. Ces interactions vont de bénignes, dans le cas des aurores boréales sur notre planète, à très perturbatrices, dans la mesure où les tempêtes solaires peuvent interférer avec, voire endommager, les systèmes électriques au sol ou dans les engins spatiaux.
C’est pourquoi la compréhension du vent solaire est une priorité pour les physiciens solaires. L'un des principaux objectifs de la mission de Solar Orbiter était de relier le vent solaire autour du vaisseau spatial à ses régions sources sur le Soleil. Ce nouveau résultat, utilisant les données recueillies lors de la première approche rapprochée du Soleil de Solar Orbiter , montre que cela est possible, remplissant un objectif clé de la mission et ouvrant une nouvelle voie pour étudier l'origine du vent solaire.
Solar Orbiter peut établir ces connexions car il dispose d’instruments de détection in situ et à distance. Les instruments in situ mesurent le plasma du vent solaire et le champ magnétique autour du vaisseau spatial, tandis que les instruments de télédétection prennent des images et d'autres données du Soleil lui-même. La difficulté est que les caméras montrent le Soleil tel qu'il apparaît actuellement, tandis que les instruments in situ révèlent l'état du vent solaire émis depuis la surface du Soleil quelques jours plus tôt. En effet, les particules du vent solaire mettent un certain temps à atteindre le vaisseau spatial.
Pour relier les deux ensembles de données, les astronomes utilisent un logiciel en ligne appelé Magnetic Connectivity Tool , qui a été développé pour soutenir la mission Solar Orbiter. Les données brutes de l'outil de connectivité proviennent du Global Oscillation Network Group , une série de six télescopes solaires répartis dans le monde qui surveillent en permanence les oscillations à la surface du Soleil. À partir de ces observations, le modèle informatique calcule la manière dont le vent solaire se propage à travers le système solaire.
"Vous pouvez prédire quelques jours à l'avance où vous pensez que Solar Orbiter sera connecté sur la surface solaire", explique Stephanie Yardley, de l'Université de Northumbria, au Royaume-Uni, qui est l'auteur principal de l'article annonçant les résultats.
L'équipe a choisi ses cibles d'observation sur la surface du Soleil et a utilisé l'outil de connectivité magnétique pour prédire le moment où le vaisseau spatial volerait à travers le vent solaire émis par ces éléments de surface. L'ensemble unique d'instruments de Solar Orbiter, qui couvrent à la fois les mesures in situ et la télédétection, ainsi que son orbite qui le rapproche du Soleil, ont été spécialement conçus pour permettre de tenter ce type de lien scientifique.
Les données ont été collectées entre le 1er et le 9 mars 2022, lorsque Solar Orbiter se trouvait à environ 75 millions de kilomètres du Soleil, soit environ la moitié de la distance entre la Terre et le Soleil.
Le vent solaire se déplace rapidement ou lentement
D'une manière générale, le vent solaire se décline en deux types : un vent solaire rapide se déplaçant à plus de 500 km/s et un vent solaire lent se déplaçant à moins de 500 km/s.
Alors que l’on sait que le vent solaire rapide provient de configurations magnétiques appelées trous coronaux qui canalisent le vent solaire vers l’espace, l’origine du vent solaire lent est encore mal comprise. On sait qu'il est lié aux « régions actives » du Soleil, où apparaissent les taches solaires, mais les détails sont insaisissables. Les taches solaires sont des zones plus froides de la photosphère solaire où des champs magnétiques intenses se tordent et se concentrent. Ils indiquent des régions actives du Soleil, souvent responsables d’éruptions solaires.
Pour prouver la capacité de l'équipe à relier le vent solaire lent mesuré in situ à son lieu d'origine sur la surface solaire, le vaisseau spatial devait voler à travers le champ magnétique connecté au bord d'un trou coronal ou d'un complexe de taches solaires. Cela a permis à l’équipe d’observer la façon dont le vent solaire changeait de vitesse – de rapide à lent ou vice versa – ainsi que d’autres propriétés, confirmant ainsi qu’elle observait la bonne région. En fin de compte, ils ont obtenu une combinaison parfaite des deux types de fonctionnalités.
« Solar Orbiter a survolé le trou coronal et la région active, et nous avons vu des courants de vent solaire rapides, suivis de vents lents. Nous avons constaté une grande complexité que nous pourrions relier aux régions sources », explique Stéphanie. Cela incluait des variations de composition et de température dans ces régions particulières.
Un trou coronal dans le Soleil
Une nouvelle ère de recherche sur l’énergie solaire
Grâce à leur analyse des différents flux de vent solaire détectés par Solar Orbiter, l'équipe a clairement montré que le vent solaire présente toujours les « empreintes » transmises par ses différentes régions sources, ce qui permettra aux physiciens solaires de retracer plus facilement les flux jusqu'à leurs points d'origine sur le Soleil.
Maintenant que le concept a été éprouvé, il ouvre une multitude de possibilités futures pour utiliser les données d'autres engins spatiaux proches du Soleil, tels que la sonde solaire Parker de la NASA et BepiColombo de l'ESA, pour étudier le vent solaire.
« Ce résultat confirme que Solar Orbiter est capable d’établir des connexions solides entre le vent solaire et ses régions sources à la surface solaire. Il s'agissait d'un objectif clé de la mission et cela nous ouvre la voie pour étudier l'origine du vent solaire avec des détails sans précédent », explique Daniel Müller, scientifique du projet ESA pour Solar Orbiter.
« La connectivité multi-sources comme moteur de la variabilité du vent solaire dans l'héliosphère », par Stephanie Yardley et al. est publié aujourd'hui dans Nature Astronomy , DOI : 10.1038/s41550-024-02278-9
Fourni par l'ESA