Mise à jour 21 Décembre 2023.
CONFÉRENCE MENSUELLE
DE LA SAF
De Thierry DUDOK DE
WIT
Université
d’Orléans & International Space Science Institute (ISSI)
« FRÔLER LE SOLEIL AVEC LA MISSION PARKER SOLAR PROBE »
Organisée par la
SAF
En présence du
public et en vidéo (direct) sur canal YouTube SAF
Le Mercredi 13
Décembre 2023 à 19H00
Photos : JPM pour l'ambiance. (Les photos avec plus de résolution
peuvent m'être
demandées directement)
Les photos des slides sont de la présentation de l'auteur. Voir
les crédits des autres photos si nécessaire
La présentation est disponible sur
ma liaison ftp ,
Rentrer le mot de passe, puis aller à CONFÉRENCES SAF ensuite
SAISON 2023/2024 ;
Elle s’appelle : PSP SAF 20231213.pdf
Ceux qui n'ont pas les mots de passe doivent aussi me
contacter avant..
La vidéo de la réunion est accessible à cet URL :
https://youtu.be/U8TmZFA-dgw
Tous les autres enregistrements des conférences mensuelles sont
accessibles sur
la playlist des conférences mensuelles d’Astronomie de notre
chaine
YouTube SAF.
Nous étions 110 dans l’amphi, et 124 sur YouTube.
Voici la présentation de l’auteur :
Lancée en 2018, la mission NASA
Parker Solar Probe est la première à littéralement pénétrer dans une atmosphère
stellaire, celle de Soleil. En quelques années, ce satellite va progressivement
s'approcher à moins 0.05 unités astronomiques de la surface du Soleil.
L'objectif de cette mission est de répondre à l’une des questions majeures de la
physique contemporaine : pourquoi la température des couronnes stellaires
dépasse-t-elle généralement plusieurs millions de K alors que celle de la
surface est nettement plus basse ?
J'aborderai d'abord les divers défis
technologiques qu'il a fallu surmonter pour pénétrer dans un milieu aux
conditions si extrêmes. Puis je me concentrerai sur quelques avancées majeures,
qui ont apporté leur lot de surprises.
Thierry Dudok de Wit, d’origine néerlandaise, est professeur à
l’Université d’Orléans au Laboratoire de Physique et Chimie de l'Environnement
et de l'Espace LPC2E,
Il s’intéresse depuis toujours à notre étoile, le Soleil.
Il a participé aussi à la mission Parker Solar Probe (PSP) dont
il nous parle ce soir.
En intro il nous parle des questions restées ouvertes en
astrophysique et notamment concernant le Soleil, celles-ci :
·
Qu’est ce qui chauffe et accélère le vent solaire
et
·
Pourquoi la couronne solaire est-elle beaucoup
plus chaude que la surface solaire ?
QUELQUES
DONNÉES SUR LE SOLEIL.
Le Soleil en
lumière visible, a une température de surface (la photosphère) de près de
5500°C
Observé en UV, il est très brillant, la température de la couronne est de
l’ordre du million de degrés !
Les sondes solaires nous permettent aussi d’observer le
champ magnétique solaire, comme ici par exemple (SDO)
Le champ
magnétique est le moteur de l'activité solaire.
Ce champ magnétique provient de l'effet dynamo (conversion
énergie mécanique en énergie électromagnétique) qui correspond à la rotation
différentielle des différentes zones solaires.
Ce champ évolue en permanence au cours du temps,
voir ce film NASA l’illustrant entre 1997 et 2013.
Les sondes ont permis de mesurer les températures dans
l’environnement solaire comme on le voit sur la représentation ci-contre.
On s’attendait à la courbe orange en s’éloignant du Soleil, mais
on a détecté la courbe jaune.
Contraire à la logique et à la deuxième loi de la thermodynamique
qui peut se résumer simplement par : le chaud va vers le froid !
CE QUE NOUS
SAVONS.
Les
mouvements turbulents à l’intérieur du Soleil sont le principal réservoir
d’énergie
·
détermine
la topologie complexe du champ magnétique
·
cette
énergie
magnétique
est transportée
loin du Soleil
·
elle est convertie de manière
irréversible
en énergie
cinétique
CE QUE NOUS
NE SAVONS PAS ENCORE.
Par quels procédés l’énergie du champ magnétique est convertie en
énergie cinétique ????
Candidats indiqués sur la slide.
De même beaucoup d’informations sur le vent solaire nous sont
inconnues.
On rappelle que le vent solaire est un flot de particules
(plasma) d’ions et d’électrons fonction de l’activité solaire. Ces particules
quand elles atteignent la Terre produisent dans le meilleur des cas des aurores,
dans le pire des cas des perturbations électromagnétiques.
Le vent
solaire éjecte 2 109 kg de matière solaire par seconde.
Voir
cette
animation gif d’une éruption filmée par SOHO qui va donner naissance à un
vent solaire.
L’étude du vent solaire et de l’activité solaire a donné
naissance à la science de la météo solaire
On avait détecté
deux types de vent solaire.
Et on s’est aperçu par contre que lorsque les lignes de champ
sont fermées, cela donne naissance à un vent solaire « lent 400 km/s », mais si
les lignes de champ sont ouvertes on a alors un vent solaire « rapide 800
km/s ».
Bref pour essayer d’avancer sur ces différentes thématiques, il
faut….aller sur place !
S’APPROCHER
DU SOLEIL.
Ce fut l’aboutissement d’un long chemin, qui a commencé en…1970 !
Pour arriver finalement en 2010 à la définition et au financement
de la mission Solar Probe Plus.
Cette mission qui va être plus tard rebaptisée en honneur
d’Eugene Parker, le
père de l’héliophysique en Parker Solar Probe (PSP).
C’est extrêmement rare et à ma connaissance la seule fois où la
NASA donne à un scientifique vivant le nom d’une sonde spatiale.
E.Parker mourra au cours de la mission après avoir assisté au
lancement de « sa » mission.
Cette sonde a été lancée en 2018, et son voyage sera long (plus
de 6 ans) et nécessitera de nombreuses assistances gravitationnelles (7) avec
Vénus, afin de se rapprocher progressivement de sa cible. Elle devrait au plus
près être à près de 6 millions de km de la surface. À cette distance le Soleil
paraîtra plus de 20 fois sa taille vue de la Terre.
Afin de s’approcher aussi près de l’astre du jour, l’engin est
équipé d’un tout nouveau
bouclier thermique de grande taille (2,4 m de diamètre et 12 cm
d’épaisseur) à base de mousse de carbone, cela devrait lui permettre de résister
à des températures de l’ordre de 2000°C et résister aux radiations mortelles.
Masse au départ : près de 700 kg.
C’est quand même une mission suicide qu’on développée les
ingénieurs et techniciens du célèbre JHUAPL (Johns Hopkins University Applied
Physics Laboratory) du Maryland ; ils se basent aussi sur leur expérience de la
mission Messenger vers Mercure. On espère quand même utiliser cette sonde le
plus longtemps possible.
Signalons que le capteur du magnétomètre a été développé par le
labo du conférencier.
La NASA a sélectionné 4 instruments qui seront embarqués à bord
de cette mission :
Illustration : NASA
·
SWEAP (Solar Wind Electrons Alphas and Protons
Investigation) expérience qui devrait compter les particules les plus abondantes
du vent solaire : électrons, protons, noyaux d’Hélium et mesurer leurs
propriétés, responsable (PI en anglais) Justin C. Kasper, Smithsonian
Astrophysical Observatory à Cambridge, Mass.
·
WISPR
(Wide Field Imager for Solar probe Plus), mais l’acronyme est très imagé, cela
signifie « murmure » en anglais), l’imageur grand champ devrait produire des
images 3D de la couronne et du vent solaire, PI Russell Howard, Naval Research
Laboratory à Washington.
·
FIELDS (Fields Investigation for Solar Probe
Plus) va mesurer directement champs électrique et magnétique et diverses
émissions du plasma solaire, PI Stuart Bale, University of California Space
Sciences Laboratory à Berkeley, Calif. Il est à noter que le LESIA (Obs de
Paris) est partie prenante dans cet instrument, il fournira un récepteur radio
fortement inspiré de celui développé pour Solar Orbiter et qui est indispensable
à la mesure des propriétés électroniques du plasma ambiant et des poussières
interplanétaires.
·
ISIS (Integrated Science Investigation of the
Sun) va étudier les électrons, protons et ions qui sont accélérés par
l’atmosphère solaire, PI David McComas of the Southwest Research Institute de
San Antonio
Une vidéo explicative.
5 ans de développement.
Lancement réussi le 12 Août 2018 avec une fusée Delta IV, la plus puissante
du marché à l’époque.
Le bouclier thermique est un
millefeuille de carbone
dans lequel circule de l’eau.
Devant le bouclier la température est de l’ordre de 1700°C et
-220°C derrière.
Les panneaux solaires se referment quand on est trop près du
Soleil.
Signalons qu’au plus près, la puissance solaire est 2002
celle au niveau de notre planète !
25 passages au Soleil de 2018 à 2025, 5 assistances
gravitationnelles avec Vénus.
La sonde devrait passer au plus près du Soleil, jusqu’à
9,8 Rayon solaire
en 2025 !!!!
Sa vitesse devrait aussi être extra rapide, au max, près de
700.000 km/h soit approx
200 km/s soit c/1560 !!
LES PREMIERS
RÉSULTATS DE LA MISSION.
Le vent solaire est plus structuré que prévu, avec le phénomène
de « switchback ».
La sonde Parker a mis en évidence
le phénomène de « zig-zag » (switchback
en anglais) des structures magnétiques du vent solaire à proximité de la surface
du Soleil.
Il y avait inversion du champ magnétique en l’espace de quelques
secondes.
Les dernières trajectoires plus proches du Soleil devraient nous
fournir des explications.
Pourquoi de telles structures se forment-elles ? Il semble bien
que leur origine soit la surface même du Soleil.
Illustration : NASA.
On
peut rajouter que l’autre mission, Solar Orbiter, celle de l’ESA, a mis au jour
ce
phénomène des « feux de camp » (camp fires) à la surface du Soleil, des
micro-éruptions solaires.
On en voit un représenté par la flèche blanche sur cette photo
prise par l’instrument EUI (Extreme UV Imager) le 30 Mai 2020.
Ce genre de phénomène n’avait jamais été vu avant le passage de
Solar Orbiter.
Ces feux de camp, sont en fait, très petits et ne peuvent pas
être assimilés à des éruptions solaires, mais on n’en est pas encore certain. On
continue à les étudier et à formuler des hypothèses. Certains pensent que ce
pourrait être l’explication ou au moins une des explications du mystère de
l’énorme température de la couronne solaire (million de degrés) par rapport à la
température de surface du Soleil (approx 5000°C).
On en voit plus sur cet assemblage
de photos.
Photo : Solar Orbiter/EUI Team/ESA & NASA; CSL, IAS, MPS,
PMOD/WRC, ROB, UCL/MSSL
De plus la sonde Parker, lors de son 8ème survol,
aurait franchi la surface
critique d’Alfven.
Cette surface correspond au fait que la matière (plasma) qui
s’échappe en permanence du Soleil atteint un point où elle n’est plus retenue
par la gravitation ou les champs magnétiques, elle peut se propager dans le
système solaire.
Cette surface s’appelle la surface critique d’Alfven en
l’honneur du physicien
éponyme.
Certains disent que cela marque la fin de l’atmosphère solaire.
Le vent solaire peut enfin se propager.
Une vidéo expliquant ce phénomène.
CONCLUSION.
Mission toujours en cours.
De nombreuses questions encore en suspens.
On a maintenant la technologie pour construire une sonde pouvant
s’approcher à 1 rayon solaire du Soleil !
Mais on n’a surement pas le budget !!!
Soleil lors d’une éclipse.
Crédit : S. Habbal/M. Druckmüller/Nasa
POUR ALLER PLUS LOIN :
Le champ
magnétique solaire par Luxorion.
Momentous Crossing of a Solar
Boundary
The Properties of the Solar
Corona and Its Connection to the Solar Wind
Decades of the Sun, as seen by SOHO
Relations Terre/Soleil : CR conf SAF d’E. Pariat du 12 Oct 2022
Toutes les informations de PSP sur votre site préféré.
Le Soleil et ses effets sur la Terre : CR de la conf IAP de G Aulanier du 7
Mai 2013
Le Soleil a rendez-vous avec la Terre : CR de la conf SAF de A.S. Brun du 10
nov 2021
Hommage à Eugene Parker, le découvreur du vent solaire décédé
First NASA parker solar probe results reveal surprising details about our sun
Amazing Achievements From Parker Solar Probe
Switchbacks Science: Explaining Parker Solar Probe’s Magnetic Puzzle
La sonde Parker traverse pour la première fois l’atmosphère du Soleil
What NASA’s Parker Solar Probe has discovered in its first five years looping
the sun
Bon ciel à tous
Prochaine conférence SAF. : le
mercredi 10 Janvier 2024 (CNAM amphi Grégoire°) 19 H avec
Roland LEHOUCQ
Astrophysicien CEA sur
« La relativité d’Einstein au cinéma »
Réservation comme d’habitude à
partir du 14 Décembre 9h00 ou à la SAF directement.
La suivante : le 14 Février : Transmission en direct sur le canal YouTube de la
SAF :
https://www.youtube.com/channel/UCD6H5ugytjb0FM9CGLUn0Xw/feautured
Bon ciel à tous, Joyeux Noël et Heureuse Nouvelle Année!!!!
Jean Pierre
Martin
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