Observatoire solaire et héliosphérique
Solar and Heliospheric Observatory • SoHO
Pour les articles homonymes, voir Soho.
| Organisation | ESA, NASA |
|---|---|
| Domaine | Observation solaire |
| Statut | Opérationnel |
| Autres noms | Solar and Heliospheric Observatory |
| Lancement | |
| Fin de mission | (prévu)[1] |
| Site | sohowww.nascom.nasa.gov |
| Masse au lancement | 1 850 kg |
|---|
| Orbite | Héliocentrique |
|---|---|
| Localisation | Point de Lagrange L1 |
| CDS | Spectro-coronographe |
|---|---|
| CELIAS | Analyse de particules |
| COSTEP | Analyse de particules |
| EIT | Télescope UV |
| ERNE | Analyse de particules |
| GOLF | Sismologie du coeur |
| LASCO | Coronographe |
| MDI/SOI | Imageur Doppler |
| SUMER | Télescope UV |
| SWAN | Analyse du vent solaire |
| UVCS | Télescope UV |
| VIRGO | Imageur photométrique |
L’Observatoire solaire et héliosphérique, en anglais Solar and Heliospheric Observatory, en abrégé SoHO, est un observatoire solaire spatial placé en orbite autour du Soleil. Son objectif principal est l'étude de la structure interne du Soleil, des processus produisant le vent solaire et de la couronne solaire. Pour mener à bien sa mission, le satellite SoHO, d'une masse de 1,8 tonne, emporte 12 instruments permettant d'effectuer des observations à la fois in situ et à distance.
SoHO est sélectionné en 1984 dans le cadre du programme scientifique Horizon 2000 de l'Agence spatiale européenne. La NASA participe au développement et à la gestion opérationnelle de la mission à hauteur d'un tiers du coût total. Après son lancement en 1995, SoHO ayant été placé au point de Lagrange L1 début 1996, il a permis de nombreuses découvertes fondamentales. La mission, d'une durée initiale de deux ans, est étendue jusqu'en [2] puis jusqu'au 31 décembre 2025. Une nouvelle annonce est attendue en 2022 pour confirmer cette date[1].
Le 25e anniversaire du lancement a été fêté le , alors que le satellite, toujours en activité, avait été conçu pour quatre années d'activités[3].
Contexte[modifier | modifier le code]
À la fin des années 1970 et au début des années 1980, les spécialistes de la physique du Soleil en Europe et aux États-Unis cherchent à capitaliser sur les résultats des observatoires spatiaux solaires OSO-8 et Apollo Telescope Mount (ATM était l'observatoire solaire embarqué à bord de la station spatiale de la NASA Skylab). Ils travaillent à la mise au point du projet GRIST (Grazing Incidence Solar Telescope) qui devait initialement être embarqué à bord de Skylab. À la suite de l'abandon du projet GRIST (Grazing Incidence Solar Telescope), la mission SoHO est proposée en pour répondre à un appel à propositions lancé par l'Agence spatiale européenne. Les scientifiques disposent depuis peu d'une mesure des vitesses dans la couronne solaire et ils se proposent d'étudier, grâce à des spectromètres embarqués à bord de ce satellite, les processus à l’œuvre dans la haute atmosphère solaire. Un autre type d'observatoire spatial solaire est à l'époque en cours d'étude à l'Agence spatiale européenne (ESA) : DISCO doit être le premier satellite consacré à la science toute neuve de l'héliosismologie c'est-à-dire à l'étude de la propagation du son à l'intérieur du Soleil. Mais début 1983, ce projet est annulé et l'équipe du projet SoHO décide d'intégrer l'héliosismologie dans les objectifs de leur satellite. SoHO doit être placé sur une orbite de halo autour du point de Lagrange L1 du système Soleil-Terre ce qui permettait à la fois une étude in situ du vent solaire sans interférence avec la magnétosphère terrestre et une observation continue du Soleil.
Un groupe de travail réunissant des scientifiques et des représentants de l'ESA, l'ISAS (l'agence spatiale scientifique japonaise) et la NASA étudie entre 1983 et 1985 les nombreux types de mission envisageables pour des études de la physique Terre-Soleil. Le résultat de ces travaux est une série de missions cohérentes regroupées dans un programme baptisé International Solar-Terrestrial Physics (ISTP). Cet ensemble de missions devait permettre d'effectuer des études comparatives — par des observations à la fois in situ et à distance — des principaux processus à l’œuvre dans le Soleil, la magnétosphère et de l'espace interplanétaire. L'ESA contribue à ISTP (International Solar-Terrestrial Physics) à travers deux missions : SoHO et Cluster qui est une constellation de 4 satellites chargés de réaliser une cartographie en trois dimensions de la magnétosphère terrestre. L'étude des relations entre la Terre et le Soleil est également le thème scientifique principal retenu par l'Inter-Agency Consultative Group (IACG) qui regroupe un ensemble plus large d'agences spatiales incluant notamment l'institut scientifique spatial russe IKI. Le programme ISTP (International Solar-Terrestrial Physics) est porté par la suite par l'IACG (Inter-Agency Consultative Group)[4].
Objectifs[modifier | modifier le code]
SoHO a pour objectif de répondre à trois interrogations fondamentales dans le domaine de la physique du Soleil[5] :
- quel est le rôle de la couronne solaire et par quel processus est-elle chauffée ?
- où et comment le vent solaire est-il accéléré ?
- quelle est la structure interne du Soleil ?
Développement du projet[modifier | modifier le code]
L'ensemble formé par SoHO et Cluster est sélectionné en 1984 dans le cadre du programme scientifique Horizon 2000 de l'Agence spatiale européenne. Il s'agit d'une des quatre « pierres angulaires » du programme. Le satellite est réalisé par un consortium d'entreprises européennes menées par la société Matra. Les instruments scientifiques sont développés par des laboratoires scientifiques européens et américains. La NASA finance un tiers de la mission en fournissant certains équipements (enregistreurs sur bande magnétique, amplificateurs pour le système de télécommunications, viseurs d'étoiles), plusieurs instruments scientifiques, le lanceur ainsi que le centre de contrôle.
Déroulement de la mission[modifier | modifier le code]
SoHO est lancé le depuis la base de Cap Canaveral, en Floride, par une fusée de type Atlas II.
Position[modifier | modifier le code]
Le satellite est positionné entre la Terre et le Soleil, positionné aux alentours du point de Lagrange L1 du système Soleil-Terre, endroit où les attractions terrestre et solaire s'équilibrent. Comme le point de Lagrange L1 est instable, SoHO est forcé d'effectuer des révolutions autour de celui-ci suivant une courbe en forme de haricot. Il est approximativement à 1,5 million de kilomètres de la Terre, dans la direction du Soleil.
La panne de 1998[modifier | modifier le code]
Le , le contact avec SoHO est perdu pour des raisons qui n'ont pas été clairement identifiées. L'orientation du satellite n'est plus maintenue face au Soleil. Sachant que dans l'espace, la température ambiante est de −150 °C lorsqu'on est à l'ombre du Soleil, et de +200 °C quand on y est exposé, les moyens de régulation thermique d'un satellite sont toujours très précis et ce genre de mouvement désordonné provoque, soit une surchauffe, soit une baisse de température très importante, selon la partie exposée du satellite. Ce n'est qu'un mois après avoir perdu le contact que les agences américaine et européenne parviennent à localiser SoHO. Le , une première localisation du satellite est obtenue grâce au radiotélescope d'Arecibo à Puerto Rico, servant d'émetteur et une antenne de 70 mètres de diamètre de la NASA comme récepteur radar. Le , une première réponse de SoHO. Une première télémétrie est reçue le 8 du même mois, donnant une première estimation de l'état des instruments à bord et des moyens de propulsion. Les réservoirs d'hydrazine servant à la propulsion chimique du satellite sont extrêmement refroidis, et l'hydrazine est gelée. Il a donc fallu la dégeler tant bien que mal pour pouvoir, le , amorcer une phase de stabilisation du satellite toujours en mouvement de spin. Ce n'est que le , les instruments n'ayant pas trop souffert, que la NASA annonçait une remise en route normale du projet.
Prolongations de la mission[modifier | modifier le code]
La mission primaire de SoHO s'achève en 1998. Compte tenu de la qualité des résultats et de l'état du satellite, la mission est prolongée à plusieurs reprises. Elle est prolongée une première fois de 5 ans de à . En 2002, une nouvelle prolongation porte la date de fin à . En , celle-ci est repoussée à . En , SoHO se voit accorder de nouveau un sursis jusqu'à , puis fin 2013. L'échéance est à nouveau repoussée jusqu'à fin 2016[6]. Le , il est annoncé que la mission est prolongée jusqu'au [7]. Le , la mission est à nouveau prolongé jusque 2020, avec une extension possible jusqu'à la fin 2022[8],[9].
Caractéristiques techniques[modifier | modifier le code]
SoHO est un satellite de forme parallélépipédique haut de 4,3 mètres avec une section de 2,7 sur 3,7 mètres. Une fois les panneaux solaires déployés son envergure atteint 9,5 mètres. Sa masse totale est de 1 850 kg dont 610 kg de charge utile constituée par douze instruments permettant l'observation à distance du Soleil et l'étude in situ du vent solaire. Le satellite est, de manière classique, composé de deux parties : la plateforme (ou bus) formant la partie inférieure regroupe les équipements permettant au satellite de fonctionner (production et contrôle d'énergie, contrôle thermique, pointage, télécommunications) et comporte des points d'attache pour les panneaux solaires déployés en orbite. La charge utile regroupe les différents instruments scientifiques dans la partie supérieure du satellite[10].
Instruments[modifier | modifier le code]
Pour répondre aux objectifs fixés à la mission, SoHO emporte trois groupes d'instruments :
- des instruments d'observation à distance (CDS, EIT, LASCO (en), SUMER, UVCS) chargés d'étudier la structure physique et la dynamique de l'atmosphère solaire externe (c'est-à-dire la chromosphère, la région de transition solaire et la couronne solaire jusqu'à 30 rayons solaires) ainsi qu'un instrument (SWAN) chargé d'analyser la cavité ionisée que le vent solaire « brûle » dans le vent stellaire neutre traversé par l'héliosphère ;
- plusieurs spectromètres de masse (CELIAS) et des analyseurs de particules à moyenne et haute énergie (COSTEP, ERNE) pour l'étude in situ, à environ 1 Unité astronomique du Soleil, du vent solaire, des particules énergétiques d'origine solaire et des rayons cosmiques (d'origine extrasolaire) ;
- deux spectromètres (GOLF et SOI/MDI) destinés à mesurer la vitesse ainsi que plusieurs radiomètres (VIRGO) pour étudier les variations de la vitesse et de l'intensité pour des études relevant de l'héliosismologie et analyser les variations de la constante solaire.
| Équipement | Description | Objectifs | Concepteur |
|---|---|---|---|
| CDS (Coronal Diagnostic Spectrometer) | Laboratoire Rutherford Appleton, Royaume-Uni | ||
| CELIAS (Charge, Element, and Isotope Analysis System) | Université de Berne, Suisse | ||
| COSTEP (Comprehensive Suprathermal and Energetic Particle Analyzer) | Université de Kiel, Allemagne | ||
| EIT (Extreme ultraviolet Imaging Telescope (en)) | Institut d'astrophysique spatiale, France | ||
| ERNE (Energetic and Relativistic Nuclei and Electron experiment) | Université de Turku, Finlande | ||
| GOLF (Global Oscillations at Low Frequencies) | Institut d'astrophysique spatiale, France | ||
| LASCO (en) (Large Angle and Spectrometric Coronagraph) | Laboratoire de la Recherche Navale, États-Unis et Institut Max-Planck de recherche sur le Système solaire de la société Max-Planck, Allemagne | ||
| MDI/SOI (Michelson Doppler Imager/Solar Oscillations Investigation) | Université Stanford, États-Unis | ||
| SUMER (Solar Ultraviolet Measurements of Emitted Radiation) | Institut Max-Planck de recherche sur le Système solaire, Institut d'astrophysique spatiale, France | ||
| SWAN (Solar Wind Anisotropies) | Finnish Meteorological Institute, Finlande et Service d'aéronomie, France | ||
| UVCS (Ultraviolet Coronagraph Spectrometer) | Centre Harvard-Smithsonian pour l'Astrophysique, États-Unis | ||
| VIRGO (Variability of Solar Irradiance and Gravity Oscillations) | World Radiation Center, Suisse, Centre européen de technologie spatiale (ESTEC), Pays-Bas |
Résultats[modifier | modifier le code]
Soleil[modifier | modifier le code]
SoHO a révolutionné notre connaissance du Soleil. Des millions de clichés et de mesures, des centaines de publications scientifiques sont dues aux données qu'il a transmises à la Terre et continue quotidiennement à observer et transmettre la météo solaire (surface et couronne). Parmi les principales découvertes figurent[11] :
- l'instrument GOLF a permis de déterminer que la vitesse de rotation du cœur du Soleil, qui tourne sur lui-même en une semaine, est quatre fois plus rapide que sa partie extérieure[12] ;
- la vitesse de propagation du son à l'intérieur du Soleil, calculée à partir des mesures effectuées par l'instrument GOLF, est cohérente avec les simulations des modèles solaires les plus récents jusqu'à 0,1 rayon solaire. Mais les valeurs divergent près du centre en dessous de 0,1 rayon solaire ;
- l'origine du vent solaire rapide a pu être déterminée à partir des données de l'instrument SUMER : celui-ci prend naissance en bordure du réseau chromosphérique ;
- les instruments SUMER/CDS ont effectué la première mesure de la température dans la couronne solaire au-dessus d'un trou polaire, source du vent solaire rapide ;
- les instruments SUMER/CDS ont mesuré la densité électronique, la température et les vitesses du plasma de la région de transition dans différentes structures ;
- SoHO à l'aide de l'instrument EIT a mis en évidence la très grande instabilité temporelle du Soleil calme[Quoi ?] à toutes les échelles spatiales ;
- SoHO a détecté et cartographié l'hélium ionisé présent dans la basse couronne et produisant une élévation brutale du bord solaire dans les trous coronaux ;
- à l'aide des instruments EIT/LASCO, SoHO a découvert un grand nombre d'éjections de masse coronale (CME) (plusieurs par jour) qui sont déclenchées à la base de l'atmosphère et a réalisé le suivi de leur propagation dans l'espace ;
- SoHO a cartographié pour la première fois la répartition de l'hydrogène dans l'héliosphère et son évolution en fonction du cycle solaire (instrument SWAN) ;
- l'instrument SWAN a permis la détection des régions actives sur la face cachée du Soleil.
Comètes[modifier | modifier le code]
SoHO, grâce à sa position, a permis de détecter un très grand nombre de comètes. L'instrument SWAN a permis la détection des comètes par la signature de leur dégazage en rayonnement L tandis que l'instrument LASCO a permis l'observation de plus de 200 comètes rasantes. SoHO en avait recensé 500 en et trois ans plus tard le Toni Scarmato découvre la 1 000 e comète[13]. Le , la sonde détecte sa 1 500 e comète[14], puis la 2 000 e le , par Michal Kusiak[15].
Les images prises par SoHO montrent des comètes s'approchant très près du Soleil et le vent solaire souffler avec force sur elles, leur faisant onduler une des deux queues de manière spectaculaire. Environ 85 % des comètes découvertes avec l'aide des clichés de SoHO appartiennent au groupe de Kreutz (en l'hommage de Heinrich Kreutz, le premier à avoir identifié ce groupe particulier de comètes). Pour une grande part, ces comètes s'évaporent au voisinage du Soleil, ce sont des comètes rasantes.
Entre les 13 et , SoHO découvre 25 comètes qui s'écrasent sur le Soleil, probablement des membres du groupe de Kreutz. Karl Battams du Naval Research Laboratory pense que ces évènements pourraient préfigurer du passage d'une comète du type de la comète Ikeya-Seki[16].
Mission SoHO en chiffres[modifier | modifier le code]
Pour le 25e anniversaire, un bilan temporaire a été établi[17]:
- 25 années d'observations et de mesures,
- 2 cycles solaires,
- 20 millions d'images ;
- 300 thèses universitaires ;
- 6 000 articles publiés ;
- 50 térabits de données dans les archives SoHO ;
- 2,4 millions de blocks de commande envoyés ;
- 4 000 comètes aperçues ;
- 30 000 éjections de masse coronale.
Note : les 3 gyroscopes sont hors service.
Notes et références[modifier | modifier le code]
Notes[modifier | modifier le code]
Références[modifier | modifier le code]
- « Fact Sheet », sur sci.esa.int (consulté le )
- (en-GB) « Green light for continued operations of ESA science missions », sur sci.esa.int, Agence spatiale européenne (consulté le ).
- (en) « Happy Birthday! (December 2, 2017) », sur NASA (consulté le ).
- Huber et Malinovsky-Arduini 1991, p. 303-304.
- Huber et Malinovsky-Arduini 1991, p. 302.
- « SoHO : les principales étapes du projet », sur CNES Missions scientifiques (consulté le ).
- (en) « Two-year extensions confirmed for ESA's science missions », sur ESA (consulté le ).
- (en) « ESA Science & Technology: Extended life for ESA's science missions », sur web.archive.org, (consulté le ).
- « ESA Science & Technology - Extended operations confirmed for science missions », sur sci.esa.int (consulté le )
- « SoHO : le satellite SoHO », sur CNES Missions scientifiques (consulté le ).
- « Objectifs scientifiques de SoHO », sur CNES Missions scientifiques (consulté le ).
- « L’existence des modes G du Soleil confirmée sans ambiguïté », sur soho.cnes.fr (consulté le ).
- (en) « History’s greatest comet hunter discovers 1000th comet », Agence spatiale européenne, (consulté le ).
- (en) « SOHO celebrates 1500th comet discovery », Agence spatiale européenne, (consulté le ).
- (en) SOHO Spacecraft Discovers Its 2,000th Comet sur space.com.
- (en) Sundiving Comet Storm sur le site science.nasa.gov.
- (en) « ESA SOHO in numbers » (consulté le ).
Bibliographie[modifier | modifier le code]
: document utilisé comme source pour la rédaction de cet article.
- (en) Martin C.E. Huber et Monique Malinovsky-Arduini, « The SoHO concept and its realisation », Space Science Reviews, vol. 61, , p. 301-334
Présentation des caractéristiques de la mission en 1991.
Voir aussi[modifier | modifier le code]
Articles connexes[modifier | modifier le code]
Liens externes[modifier | modifier le code]
- SoHO sur le site des missions scientifiques, CNES
- (en) Site officiel de la mission, Agence spatiale européenne
