Première éclipse solaire artificielle de Proba-3

Deux engins spatiaux volant de concert.

En mars, Proba-3 a réalisé ce qu'aucune autre mission n'avait fait auparavant – ses deux engins spatiaux, le coronagraphe et l'occulteur, ont volé à 150 mètres l'un de l'autre en formation parfaite pendant plusieurs heures sans aucun contrôle depuis le sol.

Lorsqu'ils sont alignés, ils maintiennent leur position relative avec une précision millimétrique – un exploit extraordinaire rendu possible par un ensemble de technologies de navigation et de positionnement innovantes.

Démontrant le degré de précision atteint, les deux engins spatiaux utilisent leur temps de vol en formation pour créer des éclipses solaires totales artificielles en orbite – ils s'alignent avec le Soleil de sorte que le disque de 1,4 m porté par le vaisseau spatial Occulter couvre le disque lumineux du Soleil pour le vaisseau spatial Coronagraph, projetant une ombre de 8 cm sur son instrument optique, ASPIICS.

Cet instrument, dont le nom complet est Association of Spacecraft for Polarimetric and Imaging Investigation of the Corona of the Sun, a été développé pour l'ESA par un consortium industriel dirigé par Centre Spatial de Liège, Belgique. Lorsque son ouverture de 5 cm est couverte par l'ombre, l'instrument capture des images de la couronne solaire sans être perturbé par la lumière vive du Soleil.

Observer la couronne est crucial pour révéler le vent solaire, le flux continu de matière provenant du Soleil et dirigé vers l'espace. Il est également nécessaire pour comprendre le fonctionnement des éjections de masse coronale (CME), des explosions de particules émises par le Soleil presque chaque jour, surtout pendant les périodes de forte activité.

De tels événements peuvent créer des aurores magnifiques dans le ciel nocturne mais aussi représenter des menaces sérieuses pour la technologie moderne. Ils peuvent perturber considérablement les communications, la transmission d'énergie et les systèmes de navigation sur Terre, comme ils l'ont fait en mai 2024.

Les images coronales résultant des premières séries d'observations d'ASPIICS offrent un aperçu des données précieuses que nous pouvons attendre de cette mission de création d'éclipses.

Dietmar Pilz, directeur de la technologie, de l'ingénierie et de la qualité de l'ESA, commente : « De nombreuses technologies qui ont permis à Proba-3 de réaliser un vol en formation précis ont été développées grâce au General Support Technology Programme de l'ESA, tout comme la mission elle-même. Il est passionnant de voir ces images époustouflantes valider nos technologies dans ce qui est désormais la première mission de vol en formation de précision au monde. »

Le halo mystérieux

La couronne ardente du Soleil atteint des températures supérieures à un million de degrés Celsius, bien plus chaudes que la surface en dessous. Cette différence de température contre-intuitive a longtemps été un sujet de discussion dans la communauté scientifique.

ASPIICS de Proba-3 s'attaque à ce mystère en étudiant la couronne située très près de la surface du Soleil. Il peut également voir plus de détails, en détectant des caractéristiques plus faibles que les coronographes traditionnels grâce à une réduction drastique de la quantité de lumière « parasite » atteignant le détecteur.

Joe Zender, scientifique du projet Proba-3, ajoute : « Voir les premières données d'ASPIICS est incroyablement excitant. Avec les mesures effectuées par un autre instrument à bord, DARA, ASPIICS contribuera à résoudre des questions persistantes sur notre étoile d'origine. »

Le Radiomètre Absolu Numérique (DARA) mesurera l'irradiance solaire totale – exactement combien d'énergie le Soleil émet à tout moment. Un troisième instrument scientifique sur Proba-3, le Spectromètre Électronique Énergétique 3D (3DEES), détectera les électrons dans les ceintures de radiation de la Terre, en mesurant leur direction d'origine et leurs niveaux d'énergie.

Comment créer une éclipse solaire

« J'étais absolument ravi de voir les images, en particulier puisque nous les avons obtenues dès la première tentative », commente Andrei Zhukov, chercheur principal pour ASPIICS à l'Observatoire royal de Belgique. « Maintenant, nous travaillons à prolonger le temps d'observation à six heures à chaque orbite. »

Les images ont été traitées par le Centre des opérations scientifiques (SOC) d'ASPIICS hébergé par l'Observatoire royal de Belgique. Ici, une équipe dédiée de scientifiques et d'ingénieurs crée des commandes opérationnelles pour le coronographe en fonction des demandes de la communauté scientifique et partage les observations qui en résultent.

Andrei explique : « Chaque image complète - couvrant la zone depuis le Soleil occulté jusqu'au bord du champ de vision - est en réalité construite à partir de trois images. La seule différence entre elles est le temps d'exposition, qui détermine combien de temps l'ouverture du coronographe est exposée à la lumière. En combinant les trois images, nous obtenons la vue complète de la couronne.

« Nos images d'éclipse artificielle sont comparables à celles prises lors d'une éclipse naturelle. La difference, c’est que nous pouvons créer notre éclipse une fois toutes les 19,6 heures d'orbite, tandis que les éclipses solaires totales ne se produisent naturellement qu'une fois, très rarement deux fois, par an. En plus de cela, les éclipses totales naturelles ne durent que quelques minutes, tandis que Proba-3 peut maintenir son éclipse artificielle pendant jusqu'à 6 heures. »

Le responsable de la mission Proba-3, Damien Galano, note : "Le fait d'avoir deux engins spatiaux formant un seul grand coronographe dans l'espace nous a permis de capturer la couronne interne avec des niveaux de lumière parasite très bas dans nos observations, exactement comme nous l'avions prévu."

« Bien que nous soyons encore dans la phase de mise en service, nous avons déjà réussi à effectuer un vol en formation avec une précision sans précédent. C'est ce qui nous a permis de capturer les premières images de la mission, qui seront sans aucun doute d'une grande valeur pour la communauté scientifique. »

« Le vol en formation que nous avons réalisé jusqu'à présent a été effectué de manière autonome, mais sous la supervision de l'équipe de contrôle au sol, qui était prête à intervenir pour corriger toute déviation potentielle. Notre dernière tâche consiste à atteindre une autonomie totale, notre confiance dans le système sera telle que nous ne surveillerons même plus régulièrement depuis le sol. »

Nouvelles opportunités pour des « éclipses numériques »

Les images époustouflantes de Proba-3 déclenchent également une petite révolution dans la manière dont les modèles informatiques simulent la couronne solaire et créent des « éclipses  numériques ».

Au cours des dernières années, plusieurs instituts à travers l'Europe ont développé des modèles pour simuler ces observations et donner aux scientifiques les moyens d'observer le Soleil, mais le matériel source nécessaire pour créer ces simulations fait défaut.

« Les coronographes actuels ne sont pas à la hauteur de Proba-3, qui observera la couronne solaire presque jusqu'au bord de la surface solaire. Jusqu'à présent, cela n'était possible que lors des éclipses solaires naturelles », déclare Jorge Amaya, Coordinateur de la Modélisation de la météorologie spatiale à l'ESA.

« Ce flux massif d'observations aidera à affiner davantage les modèles informatiques lorsque nous comparerons et ajusterons les variables pour correspondre aux images réelles. Avec l'équipe de KU Leuven, qui est à l'origine d'un tel modèle, nous avons pu créer une simulation des premières observations de Proba-3. »

Le logiciel KU Leuven ‘COCONUT’ est l'un des nombreux modèles coronaux solaires intégrés au Centre Virtuel de Modélisation de la Météo Spatiale (VSWMC) de l'ESA. Il peut être combiné avec une vaste gamme de modèles informatiques décrivant d'autres processus physiques reliant le Soleil à la Terre. Ensemble, ils aident à offrir une image complète des phénomènes solaires impactant notre planète et aident les citoyens et l'industrie à s'y préparer.

À propos de Proba-3

La mission Proba-3 est dirigée par l'ESA et assemblée par un consortium géré par  Sener (Espagne), avec la participation de plus de 29 entreprises de 14 pays et avec des contributions clés de GMV et Airbus Defence and Space en Espagne et Redwire Space et Spacebel en Belgique. La mission a été lancée le 5 décembre 2024 sur un lanceur PSLV-XL depuis le Centre spatial Satish-Dhawan à Sriharikota, en Inde.