SOLAR ORBITER, mission

Le 10 février 2020, l’Agence spatiale européenne (ESA, European Space Agency) a lancé le satellite Solar Orbiter (SO) depuis Cape Canaveral en Floride. Sa mission, avec de toutes premières observations scientifiques obtenues en juin 2020, doit répondre principalement à la question « Comment le Soleil crée-t-il et contrôle-t-il son héliosphère ? » L’héliosphère est la région de l’espace soumise à l’influence du vent solaire (flux de particules électriquement chargées), qui englobe l’ensemble du système solaire. Ce programme, auquel participe également la NASA (National Aeronautics and Space Administration), a été approuvé formellement par le comité des programmes scientifiques de l’ESA en octobre 2011. Il est le fruit de deux décennies de soutien et de promotion scientifique d’une communauté constituée à la fois de physiciens « solaires », traditionnellement observateurs du Soleil et de sa couronne par imagerie, et de spécialistes des plasmas astrophysiques accessibles depuis l’espace. Le satellite Solar Orbiter comporte une charge utile de dix instruments dédiés à l’étude du Soleil, du vent solaire ainsi que de l’héliosphère interne (la plus proche du Soleil).

L’humanité vit dans l'atmosphère étendue du Soleil qu’est l’héliosphère. Comprendre les connexions et le couplage entre le Soleil et l'héliosphère est d'une importance fondamentale pour nos sociétés qui dépendent fortement de technologies de communication satellitaires sensibles aux perturbations d’origine solaire.

Pourquoi étudier le vent solaire ?

Le vent solaire est le résultat de l’expansion thermique de la couronne solaire qui, à la suite d’une température élevée à sa base, ne peut rester en équilibre hydrostatique autour du Soleil. En effet, la couronne solaire, dont la température est de l’ordre de 5 500 kelvins à sa base, voit sa température atteindre brutalement environ 1 million de kelvins à une altitude de quelque 2 000 kilomètres. Cette énergie thermique est ensuite convertie en énergie cinétique pour donner naissance à un vent qui devient supersonique à une distance de quelques rayons solaires de notre étoile et dont la vitesse d’expansion est ensuite comprise entre 200 et 800 km/s. Par quel(s) mécanisme(s) et par le biais de quelle(s) source(s) d’énergie cette température coronale aussi élevée est-elle maintenue ? Quelle est la physique exacte de l’accélération du vent solaire et notamment de celle du vent rapide (de l’ordre de 800 km/s) qui est émis par les trous coronaux solaires où la température des électrons du plasma est paradoxalement plus faible que dans le reste de la couronne ?

Malgré une série quasi ininterrompue de missions spatiales solaires lancées à partir des années 1960 – premier satellite du programme Orbiting Solar Observatory ou OSO-1 en 1962 ; station spatiale SkyLab en 1973 ; Helios 1 et 2 en 1974 et 1976 ; Ulysses en 1990 ; Yohkoh en 1991 ; Soho (Solar and Heliospheric Observatory) en 1995 ; Stereo (Solar Terrestrial Relations Observatory) en 2006 ; SDO (Solar Dynamics Observatory) en 2010 – et malgré de nombreux progrès à la fois observationnels et théoriques réalisés durant cette période, ces questions, qui sont probablement liées, constituent une des dernières grandes énigmes de la physique solaire, avec des implications probables pour la physique stellaire en général.