Satellites observateurs du Soleil

   Pour prévenir les sautes d'humeur de l' astre du jour, les hommes ont chargé des satellites observateurs de surveiller le Soleil: Ulysse, Soho , Trace entre autres.  Auparavant il y avait eu notamment OSO.

 


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  1. ULYSSE

   Ce nom fut choisi en référence à un champ de l'Enfer de Dante, dans lequel le héros d'Homère, son équipage s'étant lâchement mutiné, l'exhorte à être moins couard et à l'accompagner dans "le monde inexploré derrière le Soleil". Ci-dessous, une vue d'artiste de la sonde.

   A l'origine du projet, 2 satellites devaient étudier, en même temps, les pôles du Soleil de manière opposée. Les américains étaient partie prenante, mais des coupes budgétaires imposées par le congrès, les ont contraint de se retirer. Ils ont seulement participé au lancement et le deuxième satellite ne fut pas construit. La Nasa a pris à sa charge la moitié de la charge utile, le contrôle de la sonde est assuré par le JPL. L'intérêt de cette exploration à 2 satellites était considérable, car les 2 pôles auraient été étudier en même temps. On soupçonne en effet que des phénomènes se produisent simultanément, tandis que d'autres de manière indépendante.  La coordination scientifique est excellente entre les 2 continents. Ainsi, la coordination ESA/NASA a permis mieux comprendre le fonctionnement du Soleil.

 

une vue d'artiste de la sonde

ESA/JPL/NASA

    Ulysse est une sonde européenne conçue pour étudier les régions polaires du Soleil.  Cette vue d'artiste représente le satellite. Il mesure 2,1 m de haut pour 3,2 m de longueur et 3,3 m de largeur. Sa masse est de 370 kg pour 55 kg d'instrumentation. Il est stabilisé par spin (rotation) à raison de 5t/mn. 

   Les 55 kg d'instruments servent à mesurer les champs magnétiques, les flux de protons, d'électrons, d'ions lourds de l'hélium au fer, de poussière et rayonnement cosmique, enregistrer les ondes radio et gravitationnelles et les sursauts gamma qui rendent les régions polaires intéressantes. 

    Il possède un émetteur X de 20 watts et une antenne parabolique à grand gain de 1,65 m de diamètre. Les communications radio avec la Terre s'effectuent en bande S avec un émetteur de 5 W. Un générateur radio-isotopique (RTG) à base de plutonium 238, de 283 W en début de mission, fournit l'alimentation de la sonde. Il n'y a pas assez de lumière au large de Jupiter pour utiliser des panneaux solaire. On remarquera les 2 mâts de 35 m de chaque côté de la plate-forme qui sont les antennes pour les mesures radio et du plasma. Le mât sur la face arrière permet d'éloigner les sondes nécessaires à d'autres mesures, du générateur RTG. Le satellite est entièrement recouvert de 20 couches de kapton enveloppées dans un oxyde conducteur en indium et en or pour permettre une bonne répartition de la chaleur.

   La mission principale d' Ulysse est de caractériser l'héliosphere en fonction de la latitude solaire. L'héliosphere est la vaste région de l'espace interplanétaire occupée par l'atmosphère du soleil et dominée par l'évasion du vent solaire. Les périodes d'intérêts scientifiques se situent au moment où Ulysse est à plus de 70 degrés de latitude des 2 hémisphères.  Le 26 juin 1994, Ulysse a atteint, pour la première fois, 70 degrés de latitude Sud. Il a alors commencé une observation du pôle Sud de quatre mois, là où des forces complexes se manifestent dans l'atmosphère externe du soleil: la couronne. Un an plus tard, juin à septembre 1995, ce fut le tour du pôle Nord.

    Certains se posent la question sur le rôle que jouent ces régions polaires. Il faut se souvenir que l'effet dynamo du Soleil est produit par les rotations différentielles du Soleil. Les rotations des couches profondes génèrent un champ magnétique dipolaire dont les lignes de force sont ouvertes aux pôles. Le plasma qui bouillonne dans la chromosphère n'est donc pas enfermé et devient le vent solaire qui s'écoule au-delà de l'orbite de Pluton. Ces déchirures du champ magnétique et de la couronne solaire furent découvertes en 1973 et appelés trous coronaux. Voilà une des nombreuses raisons qui justifiaient l'étude de cette région. D'autre part ce n'est que vers 300 millions de km que les lignes de force se rejoignent dans le plan de l'écliptique, ce qui justifie encore le choix de cette distance. Ulysse survole l'écliptique à 345 millions de km.

 

 Par réaction de gravitation, la planète géante a modifié sa trajectoire  Ulysse a quitté la Terre le 6/10/90 à bord de la navette Discovery et a survolé Jupiter en fev 1992. Par réaction de gravitation, la planète géante a modifié sa trajectoire pour lui permettre de survoler les pôles du Soleil à 300 millions de km. La 2iéme orbite se déroule en ce moment. En avril 1998, Jupiter fut survolé pour la 2iéme fois, puis de septembre 2000 à janvier 2001 ce fut à nouveau le pôle Sud. Le pôle Nord le sera de septembre à décembre 2001. Ainsi, les pôles seront survolés plusieurs fois, permettant d' importantes découvertes et dont les nouvelles questions  seront posées à une prochaine sonde vers 2005. Ci-dessous, une vue d'artiste représentant Ulysse observant le Soleil.  

 survol des pôles du Soleil à 300 millions de km.

une vue d'artiste représentant Ulysse observant le Soleil. 
ESA/JPL/NASA

ESA/Ulysse: http://solarsystem.estec.esa.nl/

ESA/Ulysse:  http://helio.estec.esa.nl/ulysses/

C&E n° 1362 (10/90): Ulysse vers les pôles de Stéphane Chenard.

retour à la comète: Linear WM1

  1. SOHO

Soho observe les profondeurs du soleil

  Soho, satellite américano-européen conserve beaucoup plus qu'un oeil sur notre  turbulente étoile. Ses douze instruments ont observé les profondeurs du soleil, les cataclysmes sur sa surface, les tumultueuses tempêtes de son atmosphère et son vent solaire qui emporte aux confins du Système solaire des particules très énergétiques.

   C'est une sonde ( 1850 kg dont 610 kg d'appareils) de 3,65m de largeur et de 4,3m en hauteur. Les panneaux solaire déployés font 9,65m. Elle est destinée à l'observation du Soleil (Solar and Heliospheric Observatotry) et Soho est suffisamment éloigné de la Terre pour permettre un certain laps de temps entre une alerte à un événement important en provenance du Soleil et son effet sur Terre fut construite en étroite collaboration entre Europe et USA. Son lancement eut lieu en nov 1995, par une fusée Atlas-Centaur, et elle fut placée à 1,5 millions de km de la Terre, au point Lagrange L1.  C'est un lieu instable, mais c'est  aussi le lieu propice à de longues observations permanentes du Soleil . Ce point est situé à l' endroit où l' attraction solaire est contre-balancée par l'attraction terrestre. Il est suffisamment éloigné de la Terre pour permettre un certain laps de temps entre une alerte à un événement important en provenance du Soleil et son effet sur Terre.

   Cette sonde doit dire, entre autre, s'il existe une corrélation entre le cycle solaire et les températures de l'atmosphère terrestre, et aussi, expliquer pourquoi la couronne est chaude ( 1 million de °K ) ,alors que la surface est froide (5700 °K ). Elle a aussi permis de trouver l'origine des vents solaires soufflant à grande vitesse.

   Conçue pour une durée de vie de 6 ans, elle a bien failli être perdue le 24 juin 1998, par suite d'une mauvaise manœuvre d'orientation, conséquence de 3 erreurs de programmation. La sonde n'était plus orientée correctement vers la Terre et fut inutilisable pendant plusieurs semaines ( 25 juin au 14 octobre ) avant que les techniciens ne reprennent son contrôle pendant quelques mois. Depuis le 21 décembre 1998, le 3ième gyroscope est défaillant. Or, les 2 autres furent hors service à la suite de la panne précédente. C 'est fâcheux car il sert à contrôler son attitude. Pour stabiliser Soho, seul les moteurs de correction agissent encore, mais leur carburant s'épuisent très vite. Le 2 février 1999 il fut remis en fonctionnement après que les techniciens lui est appris à s'en passer, grâce à un nouveau logiciel transmis du sol. C'est la 1ère fois qu' un satellite apprend à se passer de ses gyroscopes. Son sort est maintenant conditionné à la quantité de carburant restant pour alimenter les fusées de correction.

A suivre...

ESA/SOHO: http://spdext.estec.esa.nl

NASA/SOHO: http://sohowww.nascom.nasa.gov

  1. Trace

    1. Présentation

Trace est un satellite observateur du Soleil     Trace ( Transition Region and Coronal Explorer) est un satellite observateur des régions de transition entre la surface du Soleil relativement froide ( ~ 6000°K) avec la basse atmosphère à 10 000°K, et la partie supérieure de la couronne qui se trouve à des millions de degrés Kelvin. Il dispose d'un capteur guide pour les réglages fins. Il est gyrostabilisé pour permettre l'annulation des erreurs de 20 s d'arc ou 0,1 mrd (milliradian). C'est l'équivalent d'un déplacement de 10 cm sur la circonférence d'un cercle de 1 km de rayon. 
Jim Watzin (jim.watzin@gsfc.nasa.gov)

 

   Il a été placé sur une orbite 600 x 650 km, synchrone du Soleil, par une fusée Pégase XL, larguée depuis un avion, en avril 1998 depuis la base de Vandenberg.  Sa masse est de 250 kg. Sa durée de vie minimale était de 1 an. Le lancement avait été programmé afin qu'il puisse travailler avec Soho, dans la phase montante du nouveau cycle d'activité solaire. Les 2 satellites sont complémentaires:

  • Trace produit des images spatio-temporelles à haute résolution.

  • Soho fournit des images et des données spectrales à plus de 30 rayons solaires, mais avec une résolution spatio-temporelle beaucoup plus basse.

   Conjointement, ils fournissent des mesures simultanées de différentes températures de l'atmosphère solaire à l'aide d'instruments spectroscopiques et d'images haute résolution.

   Ces études permettent non seulement de comprendre le mécanisme de notre étoile, mais aussi le phénomène stellaire en général et la magnétohydrodynamique des disques d'accrétion. Les observations de Trace participent à la compréhension de la formation des trous coronaux et aux éjections de la couronne. Ces 2 phénomènes ont de profondes répercussions dans le champ magnétique terrestre et dans notre environnement spatial. A l'heure de l'ISS et de l'occupation permanente de l'espace par l'homme, ces connaissances sont indispensables.

 

  1. Caractéristiques:

    Le télescope, de type Cassegrain, mesure 30 cm de diamètre pour une longueur de 1,60 m. Sa focale est de 8,66 m. La caméra est construite autour d'un capteur CCD à 3 phases, de type éclairage par devant. Il est constitué de 1024 x 1024 pxl. Le capteur est refroidi à - 65°K.  Les miroirs sont polis individuellement avec une très grande précision, montés dans 4 quarts de cercle. Miroir secondaire actif avec compensation du mouvement d'image qui peut atténuer le filé à environ 0,1 s d'arc

le télescope de Soho est de type Cassegrain
(The Lockheed Martin
Solar and Astrophysics Labs)

  • Longueurs d'onde étudiées: 171Å FelX, 195Å FeXII, 284Å FeXV, 1216Å HI, 1550Å CIV, 1600Å continuum
  • résolution spatial: 0,5 s d'arc/pxl.
  • résolution temporel : < 1s: 5s nominale.
  • temps d'exposition: 2 ms à 260 s.
  • champ: 8,5 x 8,5 mn d'arc.

            NB: 1 nM (nanomètre) = 10 Å (angström)

caméra de Soho
(The Lockheed Martin
Solar and Astrophysics Labs)

   Le système de traitement inclut un processeur de 32 bits et une mémoire de 300 Mo. Un bus des données MIL-std-1553 est utilisé pour relier tous les sous-ensembles et l'instrument. Les données scientifiques transitent par une interface RS-422 jusqu' à 900
Kbps. 

   Il dispose en outre du  système de commande d'attitude (ACS) employant trois enroulements magnétiques, un capteur solaire numérique, six capteurs solaires bruts, quatre roues de réaction, un magnéto-compteur gyroscopique, et trois compas gyroscopiques à inertie biaxiaux. L'ACS utilise l'ordinateur de la sonde pour effectuer la détermination et la commande d'attitude.

   Sa consommation électrique est de 220 W, fournis par 4 panneaux solaires à l'arséniure de gallium, dont la surface est de 2 m². La puissance moyenne utile est de 35 W pour un max de 85 W. La différence est utilisée pour le maintien du télescope en vie opérationnelle. Une batterie délivre une tension de 28 V sous 9 A/h.

  

  1. Objectifs scientifiques:

  • Suivre l'évolution des structures du champ magnétique de l'intérieur du Soleil jusqu'à la couronne.
  • Etudier les mécanismes de l'échauffement de l'atmosphère externe du Soleil.
  • Etudier le déclenchement et la formation des éruptions solaires.

Trace a vu le Soleil en UV. Image en fausse couleur
http://vestige.lmsal.com/TRACE/POD/TRACEpodoverview.html
Cette image en fausse couleur a été restituée à partir de 3 vues prises à 3 longueurs d'onde différentes: 17,1 nm, 19,5 nm et 28,4 nm. Les couleurs vertes, rouges et bleues ont été attribuées aux 3 images en fonction des  longueurs d'onde.

     Trace explore les structures magnétiques tridimensionnelles qui émergent de la surface visible du soleil - la photosphère - et définissent la géométrie et la dynamique de l'atmosphère solaire supérieure: entre la région de transition et la couronne. La géométrie du champ magnétique peut être aperçue dans les images du plasma solaire prises à des longueurs d'ondes émises ou absorbées par les atomes et les ions formés à différentes températures. Il est extrêmement difficile de modéliser la transition de la photosphère à 6000 K, où les champs magnétiques et le plasma sont dans une l'équipartition approximative et la couronne à plusieurs millions de degré, où les champs magnétiques dominent. Plusieurs des processus physiques qui s'y produisent - confinement du plasma, reconnections, propagation de vagues et chauffage du plasma - surgissent selon toutes les règles de la physique et de l'astrophysique. Trace capture presque simultanément des images spatiales et temporelles à haute résolution de la région de transition. Les données fournissent des modèles d'observations  et permettent une meilleure compréhension de cette zone. L'atmosphère solaire évolue constamment parce que les champs magnétiques qui dominent la couronne sont déplacés en permanence par les mouvements de convection des couches externes du soleil, juste au-dessous de la photosphère.

 Cette image spectaculaire montre des faisceaux de boucles qui jaillissent à 100 km/s
Credit: M. Aschwanden et al. (LMSAL), TRACE, NASA  

http://vestige.lmsal.com/TRACE/POD/TRACEpodoverview.html

   Longtemps les astronomes ont recherché la source de chaleur dans les champs magnétiques qui ceinturent l'astre du jour. De nouvelles observations très détaillées du satellite Trace indiquent une source d'énergie différente. Des images en ultraviolet extrême (longueur d'onde du fer fortement ionisé), comme celle ci-contre,  indiquent que la majeure partie du chauffage se produit dans la partie inférieure de la couronne (< 30 000 km de la surface), à la base des boucles magnétiques lorsqu'elles émergent et retournent à la surface du Soleil. Cette image spectaculaire montre des faisceaux de boucles qui jaillissent à 100 km/s, comme des fontaines de feu, à plus de 30 fois le diamètre de la Terre. Avec une température de 6000°K, la surface apparaît sombre, tandis que les boucles de plasma surchauffé rougeoient fortement sur cette image en fausses couleurs. Elles suivent les lignes de force des champs magnétiques intenses et fusionnent avec les parties hautes de la couronne. Grâce à Trace et Soho, les scientifiques peuvent suivre la corrélation entre les champs magnétiques complexes du Soleil et les éruptions solaires potentiellement dangereuses.
Credit:
M. Aschwanden et al. (LMSAL), TRACE, NASA , Spaceflight Now,


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http://sunland.gsfc.nasa.gov/smex/trace/

http://www.lockheedmartin.com/

TRACE data at Lockheed Martin

TRACE: Launch Information , Integration and Test Activities , Mission Operations

Trace: http://vestige.lmsal.com/TRACE/

collection d'images: http://vestige.lmsal.com/TRACE/POD/TRACEpodoverview.html

 

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