La mission Solar Orbiter a pour objectif la connaissance de l’influence du Soleil sur l’héliosphère (son cocon magnétique), pour ainsi comprendre comment notre étoile influence notre système solaire.
Pour la première fois, seront recueillies des images et données puisées dans les régions polaires et dans la face non visible de l’astre depuis la Terre car le satellite ne restera pas dans le plan de l’écliptique, et va s’élever au cours du temps pour voir les pôles et les hautes latitudes du Soleil.
Le satellite a à son bord 10 d’instruments scientifiques dont 6 feront des mesure in-situ au plus proche du Soleil (jusqu’à 0.28 unité astronomique environ, distance comparable à celle de l’orbite de Mercure) des propriétés des particules énergétiques et des ondes électromagnétiques dans le vent solaire, et 4 autres instruments qui feront des images des émissions solaires dans différentes longueurs d’onde (visible, UV et X) ainsi que des cartes de champs.
Le satellite et ses 10 instruments répartis en 2 catégories: 4 sont dédiés à des mesure in situ du plasma solaire et 6 autres pour "photographier" la surface du Soleil et pour mesurer le champ magnétique.
Objectifs scientifiques par Allan Sacha Brun, responsable scientifique CEA de Solar Orbiter et chef du laboratoire LDE3 (Laboratoire Dynamique des Etoiles, des (Exo)planètes et de leur Environnement)
Au CEA, des laboratoires de l’Irfu, issus du département d’astrophysique (DAP) et du département d'électronique, des détecteurs et d'informatique(DEDIP) ont contribué à l’instrument STIX qui fournira des données de spectro-imagerie X issus de l’interaction des électrons dans l’atmosphère solaire. Etudier ces électrons permettent de remonter aux processus physiques des éruptions solaires.
crédit L.Godard/CEA 2017
Les équipes du CEA ont conçu et réalisé le plan focal de l’instrument STIX constitué de 32 détecteurs composés d’un cristal (CdTe) derrière lequel se trouve un circuit intégré de lecture (ASIC), formant un ensemble appelé Caliste. La société 3D-Plus, leader mondial dans la conception, la réalisation et la commercialisation de composants électroniques 3D, a contribué à l’intégration de la microélectronique de ces Calistes.
Ces detecteurs seront capables de résister aux conditions extrêmes de l’environnement spatial, de mesurer l’énergie des photons un par un avec une grande résolution (1 keV @ 6 keV à 15 keV @ 150 keV) et sur une large gamme d’énergie (de 4 à 150 keV). Ces performances permettront de reconstruire en temps réel, à bord du satellite des images du Soleil dans différentes couleurs de rayons X.
Tel un appareil photo numérique à 3 dimensions STIX fournira des images en différentes couleurs de rayons X qui seront mises en lien avec d'autres mesures des instruments du satellite comme par exemple la distribution des électrons (de l'instrument in situ EDP) se propageant dans la haute atmosphère solaire dans le milieu interplanétaire. STIX apportera les informations sur le « timing » et la localisation de l’accélération des faisceaux d’électrons, sur l’intensité et le spectre des électrons accélérés à l’origine de ces émissions X.
Ces analyses croisées entre intruments vont permettre de comprendre la physique des éruptions solaires qui renferment de nombreuses questions liées au cycle solaire, aux accélérations de particules, au champ magnétique.
Modules Caliste-SO au milieu d’une variété de prototypes Caliste déclinés selon des variantes avec un nombre de pixels allant de 12 à 256 et un pas de 0.58 à 2 mm de côté.
crédit L.Godard/CEA 2017
Olivier Limousin, responsable CEA de l'instrument STIX
Consortium STIX
L’expérience Spectrometer/telescope for Imaging X-rays (STIX) a été proposée par un consortium international conduit par l’institut FHNW (Fachhochschule Nordwestschweiz) en Suisse (PI S. Krucker) en réponse à l’appel d’offre de l’ESA pour Solar Orbiter.
La participation française implique le CEA/Irfu pour la réalisation des détecteurs et leurs caractérisations et le LESIA (observatoire de Paris) pour le segment sol (développement d’une interface d’accès aux données et de logiciel de traitement).
L’exploitation scientifique de STIX après lancement est sous la co-responsabilité des ces laboratoires. A l’Irfu, Un banc de caractérisation avec des détecteurs de qualification spatiale et un générateur de rayons X sera opérationnel en laboratoire pendant la durée de la mission afin de reproduire les réponses des détecteurs.
Element du banc de caractérisation où l'on voit un module Caliste-SO (1) dans la chambre à vide (2), avec 2 systèmes thermoélectriques
refroidisseurs (3) en contact thermique avec la plaque de refroidissement (4).
En plus des responsabilités sur les instruments, Allan Sacha Brun et Antoine Strugarek sont membres du groupe MADAWG (Solar Orbiter Data Analysis Working Group) qui fournit des simulations numériques et des logiciels pour l'analyse des données.
Des simulations numériques sont réalisées pour contrôler et comprendre
- les mécanismes physiques permettant aux éruptions de se déclencher,
- la propagation de ces éruptions dans l'héliosphère,
- le fonctionnement du cycle magnétique du soleil,
- le vent solaire et son rôle sur l’impact de ces 3 processus dans le milieu interstellaire.
crédit: A. Strugarek, CEA
Simulation 3D de l’intérieur solaire montrant les processus à l’œuvre derrière le cycle solaire de 11 ans. Les mouvements convectifs turbulents du Soleil sont représentés par les structure bleues (descendantes) et rouges (montantes), qui transportent la luminosité du Soleil à sa surface. Le champ magnétique de notre étoile, qui montre un cycle de 11 ans, est représenté dans l’intérieur du Soleil par le ruban blanc/bleu qui évolue maintenant au sein des structures turbulentes qui l’entourent. A l’extérieur du Soleil, nous représentons une extrapolation de ce même champ magnétique pour matérialiser son influence sur l’environnement du Soleil. Au cours de cette vidéo, le champ magnétique du Soleil subit un renversement complet, passant au pole solaire du bleu au jaune.
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