Derrière le voile cosmique : la technologie pionnière d’éclipse solaire de Proba-3

La mission Proba-3 de l’ESA comprend deux satellites travaillant en tandem pour observer l’atmosphère du Soleil comme jamais auparavant. Lancée en septembre, cette mission utilise une technologie innovante pour réduire la diffraction de la lumière, améliorant ainsi les capacités d’observation solaire. Les scientifiques testeront les instruments de Proba-3 lors d’une prochaine éclipse solaire.

Grâce à des vols en formation exquis à l’échelle millimétrique, les deux satellites qui composent le Proba-3 de l’ESA accompliront ce qui était auparavant une mission spatiale impossible : projeter une ombre précisément maintenue d’une plate-forme à l’autre, bloquant ainsi le Soleil ardent vers observer son atmosphère fantomatique environnante de manière prolongée.

Proba-3 : préparatifs préalables au lancement

Avant le lancement conjoint des deux satellites Proba-3 plus tard cette année, les scientifiques qui utiliseront les observations de Proba-3 ont pu voir les satellites de leurs propres yeux. Les membres de cette équipe testeront le matériel développé pour la mission lors d’une véritable éclipse solaire terrestre au-dessus de l’Amérique du Nord en avril prochain.

Les deux satellites sont actuellement en cours d’intégration finale dans les locaux de Redwire près d’Anvers en Belgique. Ils ont reçu la visite de l’équipe de travail scientifique Proba-3, un groupe de 45 physiciens solaires venus de toute l’Europe et du monde entier.

Beaucoup de ces experts sont des visiteurs réguliers des éclipses solaires terrestres dans le monde entier, mais attendent avec impatience la nouvelle perspective que Proba-3 ouvrira sur la faible couronne solaire. Cette région mystérieuse est importante car elle est le lieu où se créent les éjections de masse coronale – de vastes éruptions de particules chargées qui déclenchent des tempêtes solaires – et où elle influence la vitesse du vent solaire, qui est essentielle à la détermination de la météo spatiale.

Conception et technologie innovantes

« Le matériel du satellite était tout à fait remarquable en gros plan », explique Joe Zender, scientifique du projet Proba-3 de l’ESA. « J’ai été particulièrement frappé par la proximité de la tête de caméra du vaisseau spatial Coronagraph avec le panneau solaire, à moins d’un mètre. Alors que le réseau repose sur un éclairage solaire élevé, la caméra doit rester dans l’obscurité totale, sans aucune lumière parasite. Cela montre vraiment à quel point cette petite ombre projetée par l’Occulteur devra être maintenue en place. Nous avons également pu jeter un coup d’œil au bord soigneusement usiné du disque du vaisseau spatial Occulter – normalement conservé sous housse de protection avant le lancement. La courbe de ce bord a été spécialement conçue pour minimiser tout débordement de lumière solaire diffractée qui autrement aurait un impact sur les performances d’imagerie.

Était également présent l’astrophysicien américain Russell Howard, du laboratoire de physique appliquée de l’université John Hopkins, qui a joué un rôle de premier plan dans NASAParker Solar Probe de et la mission ESA-NASA SOHO : « Les vaisseaux spatiaux sont plus petits que ceux avec lesquels j’ai participé – principalement parce qu’il s’agit d’un seul imageur d’observation solaire avec deux instruments beaucoup plus petits. Mais le concept de la mission est si unique : placer un occulteur à 150 mètres du télescope pour permettre une imagerie extrêmement proche du limbe du Soleil n’a jamais été réalisé auparavant, comme si le vaisseau spatial Occulter était une mini-Lune. Nous ne verrons pas aussi près du limbe solaire que lors d’une éclipse terrestre, mais avoir de telles images pendant des heures par rapport à la durée de 5 à 10 minutes d’une éclipse sera spectaculaire.

Stratégie de mission et défis

En progressant vers l’Observatoire royal de Belgique à Bruxelles, l’équipe a ensuite discuté des préparatifs de la mission à Bruxelles, y compris les plans de traitement et de distribution de ses données, la planification de co-observations avec d’autres missions spatiales et l’évaluation des performances relatives de Proba-3 par rapport aux instruments « coronagraphes » existants utilisés pour les observations coronales.

Ce sont des télescopes qui intègrent des disques occultants internes pour obscurcir le disque solaire. Le problème est que ces occulteurs internes subissent toujours la lumière qui se répand sur leurs bords, connue sous le nom de diffraction, masquant les signaux d’intérêt extrêmement faibles.

Damien Galano, chef de projet Proba-3 à l’ESA, note : « La meilleure façon de réduire la diffraction est d’augmenter la distance entre l’occulteur et le coronographe, ce qui est précisément ce que Proba-3 va faire. Nous faisons voler notre Coronagraph et notre Occulter sur des plates-formes distinctes pour la première fois, volant à 150 m l’une de l’autre pendant jusqu’à six heures par orbite, en appliquant une gamme de technologies de positionnement pour les maintenir rigidement en place.

Par définition, les tests de bout en bout à grande échelle de Proba-3 sont impossibles ici sur Terre. Mais la réunion a appris comment le même ensemble de roues à filtres développées pour l’ASPIICS (Association of Spacecraft for Polarimetric and Imaging Investigation of the Corona of the Sun) de Proba-3 sera utilisé pour observer l’éclipse solaire au-dessus de l’Amérique du Nord le 8 avril 2024, ainsi que avec une technologie d’imagerie à cristaux liquides parallèle.

Objectifs et instruments scientifiques

« Les roues à filtres permettent d’observer la couronne sous différents angles de polarisation, comme basculer entre différentes lunettes de soleil polarisées », ajoute Joe. « L’avantage d’observer pendant une éclipse réelle est que nous n’aurons pas besoin d’un occultiste pour avoir un aperçu exact du type de résultats que nous obtiendrons de Proba-3. »

L’équipe de travail scientifique a également discuté du deuxième instrument de Proba-3, le radiomètre numérique absolu, DARA, qui mesurera l’irradiation solaire totale – la quantité exacte d’énergie que le Soleil émet à un moment donné.

« En supposant que l’émission du Soleil influence le climat de la Terre, il est important de mesurer toute variation aussi précisément que possible », note Joe.

Proba-3 devrait être lancé en septembre de cette année par le lanceur PSLV indien.