Résumé de la justification scientifique
Le 12 août 2018 la NASA a lancé la mission Parker Solar Probe avec pour objectif de s’attaquer à deux des grandes questions non-résolues de la physique contemporaine : l’origine du chauffage de la couronne solaire et les mécanismes de formation et d’accélération du vent solaire. Parker Solar Probe sera la première mission à effectuer des mesures in situ dans une atmosphère stellaire. Elle s’approchera jusqu’à 8.8 rayons solaires de la surface du Soleil. Avec le lancement en 2020 de la mission ESA Solar Orbiter, cette mission souligne le regain d’intérêt de la communauté scientifique pour l’exploration de l’héliosphère interne.
Même si ces deux missions (dans lesquelles la communauté française est fortement investie) promettent une riche moisson scientifique, elles ne pourront explorer les plus basses couches de la couronne solaire qui sont le siège même des mécanismes de chauffage et d’accélération. La physique de ces basses couches (allant de la chromosphère à la couronne solaire en passant par la région de transition) sont d’une très grande complexité ; la fascination qu’elle a exercé sur des générations de physiciens n’a d’égale que l’énorme défi que pose son exploration in situ. Notons que la compréhension de ces mécanismes n’est pas juste un enjeu pour la physique solaire et héliosphérique (y compris la météorologie de l’espace) mais est aussi un problème astrophysique.
Il n’est donc pas surprenant que plusieurs projets aient été échafaudés pour explorer ces plus basses couches de l’atmosphère solaire. Si Parker Solar Probe est le premier à pénétrer aussi profondément dans l’atmosphère, il restera encore loin de ces basses couches, pour lesquelles il faudrait descendre à 1 rayon solaire de la surface du Soleil. Par ailleurs, pour étudier les sources du vent solaire rapide, le survol des pôles est nécessaire. Or Parker Solar Probe restera dans le plan de l’écliptique. C’est pour cette raison que récemment plusieurs concepts de mission ont été proposés. Pour la NASA il s’agit notamment de SunGrazer (Pesnell, 2015) et ***** (Hassler, 2018). Pour l’ESA il s’agit de PHOIBOS (Maksimovic, 2007) et d’ICARUS (Krasnoselskikh, 2016). Toutes visent à descendre jusqu’à 1 rayon solaire de la surface, avec un survol des pôles.
Par cette réponse à l’appel à contributions, nous voulons souligner la grande importance que revêt cette exploration de l’atmosphère interne du Soleil dont le formidable défi technologique demande à ce que l’étude de concept de mission soit abordée par un pré-dimensionnement.
Le projet ICARUS a été proposé dans le cadre de l’appel « New Scientific Ideas » de l’ESA (sept. 2016) où il a été perçu comme un projet très innovant sur le plan astrophysique et technique, offrant l’exemple d’une véritable rupture dans l’exploration spatiale. ICARUS fait actuellement l’objet d’une étude de faisabilité de la part PASO dans le but d’évaluer les points suivants, qui seront discutés lors de l’atelier :
• Choix d’orbite (avec assistance gravitationnelle de Jupiter) ;
• Besoin en protection thermique (et distance minimale au Soleil possible) ;
• Transmission des données (et besoin éventuel de satellite relais) ;
• Alimentation électrique et alternative au photovoltaique.
Publications
– M. Maksimovic & M. Velli, PHOIBOS : Probing Heliospheric Origins with an Inner Boundary Observing Spacecraft, Experimental Astronomy, Volume 23, Issue 3, pp.1057-1078, doi 10.1007/s10686-008-9113-x, 2009.
– Science Definition Team for the Solar Probe Mission, The Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory, Laurel, MD (1999).
– ICARUS, A mission for the ESA call for new ideas, Krasnoselskikh, 2016