Mars Orbiter Mission (MOM) de l'ISRO : Nouvel aperçu de la prévision de l'activité solaire

Des chercheurs ont étudié la turbulence de la couronne solaire grâce aux signaux radio émis par la sonde martienne MOM ( Mars Orbiter Mission), un orbiteur à très bas coût , lors de la conjonction Terre- Mars, de part et d'autre du Soleil (ce phénomène se produit généralement environ tous les deux ans). Ces signaux ont traversé la couronne solaire à une distance de seulement 10 rayons solaires (1 Rʘ = 696 340 km). L'analyse du résidu de fréquence du signal reçu a permis d'obtenir le spectre de la turbulence coronale. Les résultats obtenus semblent concorder avec les observations in situ de la sonde Parker Solar Probe. La mission MOM a offert une opportunité unique et économique d'étudier la dynamique de la couronne solaire (en l'absence de sonde solaire in situ, bien plus onéreuse ) et a permis de mieux comprendre comment l'étude de la turbulence coronale , grâce aux signaux radio émis par un orbiteur martien , peut contribuer à améliorer les prévisions de l'activité solaire , un phénomène crucial pour la vie et la civilisation sur Terre.

La mission Mars Orbiter (MOM) de l'Organisation indienne de recherche spatiale (ISRO ) a été lancée le 5 novembre 2013 avec une durée de vie prévue de 6 mois. Elle a largement dépassé cette durée et se trouve actuellement dans la phase de mission prolongée.

Une équipe de chercheurs a utilisé les signaux radio émis par la sonde spatiale pour étudier la couronne solaire lorsque la Terre et Mars se trouvaient de part et d'autre du Soleil. Lors des conjonctions, qui se produisent généralement environ tous les deux ans, les signaux radio de la sonde traversent la région coronale solaire à une altitude héliosphérique de seulement 10 rayons solaires (1 rayon solaire = 696 340 km) du centre du Soleil, offrant ainsi la possibilité d'étudier la dynamique solaire.

La couronne solaire est la région où la température peut atteindre plusieurs millions de degrés Celsius. Les vents solaires y prennent naissance et s'y accélèrent, engloutissant l' espace interplanétaire . Ils façonnent la magnétosphère des planètes et influencent la météorologie spatiale proche de la Terre. L'étude de ce phénomène est ^donc essentielle¹ . L'idéal serait de disposer d'une sonde in situ ; toutefois, l'utilisation de signaux radio (émis par un engin spatial et reçus sur Terre après avoir traversé la couronne) constitue une excellente alternative.

Dans un article récent (article ²⁾ publié dans les Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, les chercheurs ont étudié la turbulence dans la couronne solaire durant la phase décroissante du cycle solaire. Ils rapportent que les vents solaires s'accélèrent et que leur transition d'un flux sub-alfvénique à un flux super-alfvénique se produit autour de 10 à 15 rayons terrestres (Rʘ). La saturation est atteinte à des altitudes héliodynamiques relativement plus basses qu'en période de forte activité solaire. Ce résultat semble d'ailleurs corroboré par les observations directes de la couronne solaire effectuées par la sonde Parker ³.

Comme la couronne solaire est un milieu de plasma chargé et a une turbulence intrinsèque, elle introduit des effets dispersifs dans les paramètres des ondes radio électromagnétiques qui la traversent. La turbulence dans le milieu coronal produit des fluctuations de la densité du plasma qui sont enregistrées comme des fluctuations de la phase des ondes radio émergeant à travers ce milieu. Ainsi, les signaux radio reçus à la station au sol contiennent la signature du milieu de propagation et sont analysés spectralement pour dériver le spectre de turbulence dans le milieu. Cela constitue la base de la technique de radio-sondage coronal qui a été utilisée par le vaisseau spatial pour étudier les régions coronales.  

Les résidus de fréquence Doppler obtenus à partir des signaux sont analysés spectralement pour obtenir un spectre de turbulence coronale à des distances héliocentriques comprises entre 4 et 20 Rʘ. C'est la région où le vent solaire est principalement accéléré. Les changements de régime de turbulence sont bien reflétés dans les valeurs d'indice spectral du spectre de fluctuation de fréquence temporelle. On observe que le spectre de puissance de la turbulence (spectre temporel des fluctuations de fréquence) à une distance héliocentrique inférieure (<10 Rʘ), s'est aplati dans les régions de fréquences inférieures avec un indice spectral inférieur qui correspond à la région d'accélération du vent solaire. Des valeurs d'indice spectral plus faibles plus proches de la surface du Soleil indiquent le régime d'apport d'énergie où la turbulence est encore sous-développée. Pour des distances héliocentriques plus grandes (> 10Rʘ), la courbe se raidit avec un indice spectral proche de 2/3, ce qui est indicatif de régimes inertiels de turbulence développée de type Kolmogorov où l'énergie est transportée en cascade.  

Les caractéristiques globales du spectre de turbulence dépendent de facteurs tels que la phase du cycle d'activité solaire, la prévalence relative des régions solaires actives et les trous coronaux. Ce travail basé sur les données MOM rapporte un aperçu des faibles maxima du cycle solaire 24, qui est enregistré comme un cycle solaire particulier en termes d'activité globale inférieure à celle des autres cycles précédents. 

Fait intéressant, cette étude démontre un moyen très peu coûteux d'étudier et de surveiller la turbulence dans la région coronale solaire en utilisant la méthode de sondage radio. Cela peut être extrêmement utile pour garder un œil sur l'activité solaire qui, à son tour, peut être cruciale pour prédire toutes les conditions météorologiques solaires importantes, en particulier à proximité de la Terre.  

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DOI : https://doi.org/10.29198/scieu/2201151

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Références:  

1. Université Prasad, 2021. évenementiels Météo, perturbations du vent solaire et sursauts radio. Européen scientifique. Publié le 11 février 2021. Disponible sur http://scientificeuropean.co.uk/sciences/space/space-weather-solar-wind-disturbances-and-radio-bursts/  

2. Jain R., et al 2022. Une étude sur la dynamique coronale solaire pendant la phase post-maxima du cycle solaire 24 en utilisant des signaux radio en bande S de la mission indienne Mars Orbiter. Avis mensuels de la Royal Astronomical Society, stac056. Reçu sous sa forme originale le 26 septembre 2021. Publié le 13 janvier 2022. DOI : https://doi.org/10.1093/mnras/stac056 

3. J.C. Kasper et al. Parker Solar Probe entre dans la couronne solaire à dominante magnétique. Phys. Rév. Lett. 127, 255101. Reçu le 31 octobre 2021. Publié le 14 décembre 2021. DOI : https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.127.255101 

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