Les chercheurs ont étudié la turbulence dans la couronne du Soleil à l'aide de signaux radio envoyés à la Terre par l'orbiteur Mars à très bas prix lorsque la Terre et Mars étaient en conjonction sur les côtés opposés du Soleil (la conjonction se produit généralement une fois tous les deux ans environ) . Les signaux radio de l'orbiteur avaient traversé la région coronale du Soleil à une distance proche de 10 Rʘ (1 Rʘ = rayons solaires = 696,340 XNUMX km). La fréquence résiduelle du signal reçu a été analysée pour obtenir un spectre de turbulence coronale. Les résultats semblaient être cohérents avec les résultats in situ de Parker Solar Probe. Cette étude a fourni une opportunité à très faible coût d'étudier la dynamique dans la région coronale (en l'absence d'une sonde solaire in situ à coût très élevé) et un nouvel aperçu de la façon dont l'étude de la turbulence dans la région coronale solaire à l'aide de signaux radio envoyés par un Mars orbiter vers la Terre peut aider à améliorer la prédiction de l'activité solaire qui est d'une grande importance pour les formes de 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. Il a largement dépassé sa durée de vie et est actuellement en phase de mission prolongée.
Une équipe de chercheurs a utilisé les signaux radio de l'orbiteur pour étudier la couronne solaire lorsque la Terre et Mars se trouvaient de part et d'autre du Soleil. Pendant les périodes de conjonction, qui se produisent généralement une fois tous les deux ans environ, les signaux radio de l'orbiteur traversent la région coronale solaire aussi près que 10 Rʘ (1 Rʘ = rayons solaires = 696,340 XNUMX km) hélio-altitude du centre du Soleil et permet d'étudier la dynamique solaire.
La couronne solaire est la région où la température peut atteindre plusieurs millions de degrés centigrades. Les vents solaires prennent naissance et s'accélèrent dans cette région et engloutissent les espaces interplanétaires qui façonnent la magnétosphère des planètes et affectent l'environnement spatial proche de la Terre. Étudier cela est un impératif important1. Avoir une sonde in-situ serait une solution idéale, mais l'utilisation de signaux radio (transmis par des engins spatiaux et reçus sur Terre après avoir traversé la région coronale constitue une excellente alternative.
Dans le récent article2 publiés dans les Monthly Notices of Royal Astronomical Society, les chercheurs ont étudié la turbulence dans la région coronale solaire pendant une période de phase de déclin du cycle solaire et rapportent que les vents solaires s'accélèrent et que sa transition du flux subalfvénique au flux super-alfvénique se produit vers 10-15 Rʘ. Ils atteignent la saturation à des hélio-altitudes comparativement plus basses par rapport à la période d'activité solaire élevée. Incidemment, cette découverte semble être étayée par l'observation directe de Solar Corona par Parker Probe3 également.
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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Références:
- Prasad U., 2021. Météo spatiale, perturbations du vent solaire et sursauts radio. Scientifique Européen. Publié le 11 février 2021. Disponible sur https://www.scientificeuropean.co.uk/sciences/space/space-weather-solar-wind-disturbances-and-radio-bursts/
- 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
- 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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