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Plein feux sur les événements liés aux particules énergétiques solaires

Une meilleure compréhension des événements de particules énergétiques solaires est indispensable pour garantir la sécurité de l’exploration et des voyages dans l’espace.

À mesure qu’un véhicule spatial quitte le champ magnétique protecteur de la Terre, celui-ci de plus en plus exposés aux radiations. Les particules énergétiques solaires (PES), des particules chargées qui sont éjectées du soleil à une vitesse proche de celle de la lumière lors d’éruptions solaires, comportent un risque particulier. En effet, lors de grandes éruptions, par exemple, l’intensité des particules dans l’espace interplanétaire peut être supérieure de plusieurs ordres de grandeur au rayonnement de fond causé par les rayons cosmiques en provenance de l’extérieur du système solaire. «Un événement PES qui touche un véhicule spatial peut avoir un certain nombre d’impacts négatifs», explique Rami Vainio, coordinateur du projet SERPENTINE, de l’université de Turku en Finlande. «Les hauts niveaux de rayonnement absorbés par l’électronique embarquée peuvent causer une défaillance des composants. Une seule particule énergétique chargée peut entraîner le dysfonctionnement d’un composant, et conduire à la perte d’un véhicule spatial.»

Évènements généralisés de particules énergétiques

Le projet SERPENTINE, financé par l’UE, se proposait d’identifier les causes profondes de ce que l’on appelle des évènements généralisés de particules énergétiques. «Nous ne comprenons toujours pas ces phénomènes dans leur ensemble», confie Rami Vainio. «Nous voulions également mieux comprendre les mécanismes qui sous-tendent l’accélération des particules.» Pour ce faire, l’équipe du projet a analysé un grand nombre d’événements de PES observés par plusieurs engins spatiaux dans le système solaire interne. Ces données ont été recueillies par Solar Orbiter et BepiColombo de l’ESA, la sonde Parker Solar et STEREO-A de la NASA, et par plusieurs engins spatiaux proches de la Terre. «Nous avons ainsi pu déterminer les principales caractéristiques de chaque événement de PES», ajoute Rami Vainio. «Nous avons ensuite analysé certains de ces événements plus en détail, à l’aide de simulations numériques de l’accélération des particules dans l’espace interplanétaire.»

Ondes de choc interplanétaires et éjections de masse coronale

L’équipe du projet a identifié de nombreuses raisons, étayées par des données, qui expliquent la généralisation des événements de PES. «Nous avons constaté que de larges sources, telles que les ondes de choc interplanétaires provoquées par les éjections de masse coronale (EMC), sont généralement impliquées dans ce phénomène», explique Rami Vainio. «Toutes les observations ne peuvent toutefois être expliquées par cette source générale.» Le projet a également permis de démontrer de manière convaincante que les ions et les électrons sont accélérés dans les chocs provoqués par les EMC, ce qui, dans le cas des électrons, fait l’objet d’un débat de longue date. «Nous n’avions pas que des objectifs scientifiques avec SERPENTINE», fait remarquer Rami Vainio. «Nous avons également apporté un grand nombre d’outils d’analyse de données, de catalogues et d’ensembles de données qui ont été développés au cours du projet. Nous voulions que l’ensemble de la communauté puisse exploiter les résultats du projet.»

Des outils analytiques pour les éruptions solaires en phase initiale

Deux projets financés par l’UE, SOLER et SPEARHEAD, ont été lancés pour exploiter plus avant les résultats de SERPENTINE. «SOLER développera des outils d’analyse des éruptions solaires en phase initiale», explique Rami Vainio. «Nous pensons que c’est à ce moment-là que l’accélération des particules vers les énergies les plus hautes se produit. SPEARHEAD concentrera ses recherches sur la façon dont les éruptions solaires modulent les PES et les rayons cosmiques. Nous espérons que ces projets de suivi fourniront des informations plus complètes sur des questions telles que les processus d’accélération des particules à proximité du soleil.» D’ici la fin du cycle actuel de l’activité solaire, Rami Vainio espère que la lumière aura été faire sur l’origine des événements PES et sur leur propagation dans le système solaire. «La sécurité des opérations spatiales par l’atténuation des effets des tempêtes de rayonnement solaire ne peut être assurée que par le biais d’une meilleure compréhension des PES», ajoute-t-il. «Cela permettra de développer des modèles suffisamment performants pour prévoir leur évolution. Tel est l’objectif à long terme de notre quête de la compréhension des événements de PE.»

Mots‑clés

SERPENTINE, solaire, espace, rayonnement, véhicule spatial, Soleil, interplanétaire, cosmique

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