SOLAR ORBITER, mission

Solar Orbiter, son profil de mission et son instrumentation

Le principe de base de la mission Solar Orbiter est de s’approcher le plus possible du Soleil afin de capturer et caractériser, par imagerie, le déclenchement des éruptions solaires et des éjections coronales de masse, puis d'analyser in situ le plasma constitutif de ces bourrasques de vent solaire avant que leurs propriétés ne soient modifiées par leur propagation dans l’héliosphère. Après avoir été générée, une éjection coronale de masse typique met une quarantaine d’heures pour atteindre l’orbite terrestre. Solar Orbiter, qui s’approchera à moins d’un tiers d’unité astronomique du Soleil (UA ; 1 UA est la distance entre la Terre et le Soleil, soit environ 150 millions de kilomètres), permettra d’observer la matière coronale générée par une éruption solaire seulement douze heures après sa naissance.

La sonde européenne a donc été propulsée le 10 février 2020 par un lanceur américain fourni par la NASA et a emporté une batterie complète de dix instruments. Après un voyage de deux ans et plusieurs manœuvres d’assistance gravitationnelle autour de la planète Vénus, la sonde sera placée sur une orbite de forme elliptique autour du Soleil et en fera le tour en 168 jours. À son périhélie – endroit sur sa trajectoire le plus proche du Soleil –, elle sera à 0,28 UA de celui-ci, soit quelque 42 millions de kilomètres (plus près du Soleil que la planète Mercure). En plus de diminuer le temps de propagation des perturbations solaires dans l’héliosphère interne, le périhélie de 0,28 UA permettra d’obtenir les images de la couronne avec la meilleure résolution jamais atteinte (environ 100 km sur le Soleil). Cette orbite réduit également la rotation apparente du Soleil durant les passages au plus près de ce dernier, permettant ainsi des observations prolongées des régions qui produisent les perturbations mesurées dans le vent solaire. Du fait de cette orbite particulière, la sonde et son instrumentation seront soumises à un environnement thermique très rude car le flux de rayonnement solaire atteint à 0,28 UA est environ treize fois supérieur à celui qui arrive au niveau de la Terre. Cette contrainte a donc imposé l’utilisation d’un bouclier thermique constitué de plusieurs couches de feuilles de titane et d’aluminium, et recouvert sur sa face avant d’un matériau noir, l’Enbio Black (du nom de la société irlandaise qui le produit) ou Solar Black, spécialement conçu pour cette mission. La face avant du bouclier, en permanence exposée à la lumière du Soleil, pourra ainsi atteindre plus de 500 ⁰C, tandis que la sonde et les instruments en son sein, protégés derrière ce bouclier, seront dans leur zone de confort thermique, entre – 40 et + 50 ⁰ C.

La mission scientifique nominale de Solar Orbiter doit durer cinq ans. Une extension de mission, si elle a lieu, permettra, grâce à de nouvelles manœuvres gravitationnelles autour de Vénus, d’incliner l’orbite de la sonde jusqu’à 30 degrés par rapport au plan de l’écliptique (le plan de l’orbite de la Terre et de la plupart des planètes autour du Soleil). Cette orbite originale devrait offrir un avantage inédit : observer pour la première fois par imagerie les pôles de notre étoile.

Sur les dix instruments embarqués sur Solar Orbiter, quatre – dits instruments in situ – permettront une caractérisation détaillée des particules et des champs électriques et magnétiques du vent solaire localisé autour de la sonde. Il s’agit de l’analyseur du vent solaire SWA (Solar Wind Analyser), du détecteur de particules énergétiques EPD (Energetic Particle Detector), du magnétomètre MAG (Magnotemeter) et de l'analyseur d'ondes radio et de plasma RPW (Radio and Plasma Waves analyser). Les six autres instruments – dits de télédétection – fourniront, par imagerie et spectroscopie à haute résolution[...]