Observatoire solaire et héliosphérique

Solar and Heliospheric Observatory • SoHO

SoHO

Le satellite SoHO (vue d'artiste).

Données générales

Organisation	ESA, NASA
Domaine	Observation solaire
Statut	Opérationnel
Autres noms	Solar and Heliospheric Observatory
Lancement	2 décembre 1995
Fin de mission	31 décembre 2025 (prévu)[1]
Site	sohowww.nascom.nasa.gov

Caractéristiques techniques

Masse au lancement	1 850 kg

Orbite

Orbite	Héliocentrique
Localisation	Point de Lagrange L1

Principaux instruments

CDS	Spectro-coronographe
CELIAS	Analyse de particules
COSTEP	Analyse de particules
EIT	Télescope UV
ERNE	Analyse de particules
GOLF	Sismologie du coeur
LASCO	Coronographe
MDI/SOI	Imageur Doppler
SUMER	Télescope UV
SWAN	Analyse du vent solaire
UVCS	Télescope UV
VIRGO	Imageur photométrique

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SoHO à Cap Canaveral peu avant son lancement.

L’Observatoire solaire et héliosphérique, en anglais Solar and Heliospheric Observatory, en abrégé SoHO, est un observatoire solaire spatial placé en orbite autour du Soleil. Son objectif principal est l'étude de la structure interne du Soleil, des processus produisant le vent solaire et de la couronne solaire. Pour mener à bien sa mission, le satellite SoHO, d'une masse de 1,8 tonne, emporte 12 instruments permettant d'effectuer des observations à la fois in situ et à distance.

SoHO est sélectionné en 1984 dans le cadre du programme scientifique Horizon 2000 de l'Agence spatiale européenne. La NASA participe au développement et à la gestion opérationnelle de la mission à hauteur d'un tiers du coût total. Après son lancement en 1995, SoHO ayant été placé au point de Lagrange L₁ début 1996, il a permis de nombreuses découvertes fondamentales. La mission, d'une durée initiale de deux ans, est étendue jusqu'en décembre 2020^[2] puis jusqu'au 31 décembre 2025. Une nouvelle annonce est attendue en 2022 pour confirmer cette date^[1].

Le 25^e anniversaire du lancement a été fêté le 2 décembre 2020, alors que le satellite, toujours en activité, avait été conçu pour quatre années d'activités^[3].

Contexte

À la fin des années 1970 et au début des années 1980, les spécialistes de la physique du Soleil en Europe et aux États-Unis cherchent à capitaliser sur les résultats des observatoires spatiaux solaires OSO-8 et Apollo Telescope Mount (ATM était l'observatoire solaire embarqué à bord de la station spatiale de la NASA Skylab). Ils travaillent à la mise au point du projet GRIST (Grazing Incidence Solar Telescope) qui devait initialement être embarqué à bord de Skylab. À la suite de l'abandon du projet GRIST (Grazing Incidence Solar Telescope), la mission SoHO est proposée en novembre 1982 pour répondre à un appel à propositions lancé par l'Agence spatiale européenne. Les scientifiques disposent depuis peu d'une mesure des vitesses dans la couronne solaire et ils se proposent d'étudier, grâce à des spectromètres embarqués à bord de ce satellite, les processus à l’œuvre dans la haute atmosphère solaire. Un autre type d'observatoire spatial solaire est à l'époque en cours d'étude à l'Agence spatiale européenne (ESA) : DISCO doit être le premier satellite consacré à la science toute neuve de l'héliosismologie c'est-à-dire à l'étude de la propagation du son à l'intérieur du Soleil. Mais début 1983, ce projet est annulé et l'équipe du projet SoHO décide d'intégrer l'héliosismologie dans les objectifs de leur satellite. SoHO doit être placé sur une orbite de halo autour du point de Lagrange L₁ du système Soleil-Terre ce qui permettait à la fois une étude in situ du vent solaire sans interférence avec la magnétosphère terrestre et une observation continue du Soleil.

Un groupe de travail réunissant des scientifiques et des représentants de l'ESA, l'ISAS (l'agence spatiale scientifique japonaise) et la NASA étudie entre 1983 et 1985 les nombreux types de mission envisageables pour des études de la physique Terre-Soleil. Le résultat de ces travaux est une série de missions cohérentes regroupées dans un programme baptisé International Solar-Terrestrial Physics (ISTP). Cet ensemble de missions devait permettre d'effectuer des études comparatives — par des observations à la fois in situ et à distance — des principaux processus à l’œuvre dans le Soleil, la magnétosphère et de l'espace interplanétaire. L'ESA contribue à ISTP (International Solar-Terrestrial Physics) à travers deux missions : SoHO et Cluster qui est une constellation de 4 satellites chargés de réaliser une cartographie en trois dimensions de la magnétosphère terrestre. L'étude des relations entre la Terre et le Soleil est également le thème scientifique principal retenu par l'Inter-Agency Consultative Group (IACG) qui regroupe un ensemble plus large d'agences spatiales incluant notamment l'institut scientifique spatial russe IKI. Le programme ISTP (International Solar-Terrestrial Physics) est porté par la suite par l'IACG (Inter-Agency Consultative Group)^[4].

Objectifs

SoHO a pour objectif de répondre à trois interrogations fondamentales dans le domaine de la physique du Soleil^[5] :

• quel est le rôle de la couronne solaire et par quel processus est-elle chauffée ?
• où et comment le vent solaire est-il accéléré ?
• quelle est la structure interne du Soleil ?

Développement du projet

L'ensemble formé par SoHO et Cluster est sélectionné en 1984 dans le cadre du programme scientifique Horizon 2000 de l'Agence spatiale européenne. Il s'agit d'une des quatre « pierres angulaires » du programme. Le satellite est réalisé par un consortium d'entreprises européennes menées par la société Matra. Les instruments scientifiques sont développés par des laboratoires scientifiques européens et américains. La NASA finance un tiers de la mission en fournissant certains équipements (enregistreurs sur bande magnétique, amplificateurs pour le système de télécommunications, viseurs d'étoiles), plusieurs instruments scientifiques, le lanceur ainsi que le centre de contrôle.

Déroulement de la mission

SoHO est lancé le 2 décembre 1995 depuis la base de Cap Canaveral, en Floride, par une fusée de type Atlas II.

Position

Le satellite est positionné entre la Terre et le Soleil, positionné aux alentours du point de Lagrange L₁ du système Soleil-Terre, endroit où les attractions terrestre et solaire s'équilibrent. Comme le point de Lagrange L₁ est instable, SoHO est forcé d'effectuer des révolutions autour de celui-ci suivant une courbe en forme de haricot. Il est approximativement à 1,5 million de kilomètres de la Terre, dans la direction du Soleil.

La panne de 1998

Le 24 juin 1998, le contact avec SoHO est perdu pour des raisons qui n'ont pas été clairement identifiées. L'orientation du satellite n'est plus maintenue face au Soleil. Sachant que dans l'espace, la température ambiante est de −150 °C lorsqu'on est à l'ombre du Soleil, et de +200 °C quand on y est exposé, les moyens de régulation thermique d'un satellite sont toujours très précis et ce genre de mouvement désordonné provoque, soit une surchauffe, soit une baisse de température très importante, selon la partie exposée du satellite. Ce n'est qu'un mois après avoir perdu le contact que les agences américaine et européenne parviennent à localiser SoHO. Le 23 juillet, une première localisation du satellite est obtenue grâce au radiotélescope d'Arecibo à Puerto Rico, servant d'émetteur et une antenne de 70 mètres de diamètre de la NASA comme récepteur radar. Le 3 août, une première réponse de SoHO parvient. Une télémétrie complète est reçue le 8 du même mois, donnant une première estimation de l'état des instruments à bord et des moyens de propulsion. Les réservoirs d'hydrazine servant à la propulsion chimique du satellite sont extrêmement refroidis, et l'hydrazine est gelée. Il a donc fallu la dégeler tant bien que mal pour pouvoir, le 16 septembre, amorcer une phase de stabilisation du satellite toujours en mouvement de spin. Ce n'est que le 16 octobre, les instruments n'ayant pas trop souffert, que la NASA annonçait une remise en route normale du projet.

Prolongations de la mission

La mission primaire de SoHO s'achève en 1998. Compte tenu de la qualité des résultats et de l'état du satellite, la mission est prolongée à plusieurs reprises. Elle est prolongée une première fois de 5 ans de mai 1998 à avril 2003. En 2002, une nouvelle prolongation porte la date de fin à mars 2007. En mai 2006, celle-ci est repoussée à décembre 2009. En octobre 2009, SoHO se voit accorder de nouveau un sursis jusqu'à décembre 2012, puis fin 2013. L'échéance est à nouveau repoussée jusqu'à fin 2016^[6]. Le 22 novembre 2016, il est annoncé que la mission est prolongée jusqu'au 31 décembre 2018^[7]. Le 14 novembre 2018, la mission est à nouveau prolongé jusque 2020, avec une extension possible jusqu'à la fin 2022^[8],[9].

Caractéristiques techniques

SoHO est un satellite de forme parallélépipédique haut de 4,3 mètres avec une section de 2,7 sur 3,7 mètres. Une fois les panneaux solaires déployés son envergure atteint 9,5 mètres. Sa masse totale est de 1 850 kg dont 610 kg de charge utile constituée par douze instruments permettant l'observation à distance du Soleil et l'étude in situ du vent solaire. Le satellite est, de manière classique, composé de deux parties : la plateforme (ou bus) formant la partie inférieure regroupe les équipements permettant au satellite de fonctionner (production et contrôle d'énergie, contrôle thermique, pointage, télécommunications) et comporte des points d'attache pour les panneaux solaires déployés en orbite. La charge utile regroupe les différents instruments scientifiques dans la partie supérieure du satellite^[10].

Schéma du satellite.

Instruments

Pour répondre aux objectifs fixés à la mission, SoHO emporte trois groupes d'instruments :

• des instruments d'observation à distance (CDS, EIT, LASCO (en), SUMER, UVCS) chargés d'étudier la structure physique et la dynamique de l'atmosphère solaire externe (c'est-à-dire la chromosphère, la région de transition solaire et la couronne solaire jusqu'à 30 rayons solaires) ainsi qu'un instrument (SWAN) chargé d'analyser la cavité ionisée que le vent solaire « brûle » dans le vent stellaire neutre traversé par l'héliosphère ;
• plusieurs spectromètres de masse (CELIAS) et des analyseurs de particules à moyenne et haute énergie (COSTEP, ERNE) pour l'étude in situ, à environ 1 Unité astronomique du Soleil, du vent solaire, des particules énergétiques d'origine solaire et des rayons cosmiques (d'origine extrasolaire) ;
• deux spectromètres (GOLF et SOI/MDI) destinés à mesurer la vitesse ainsi que plusieurs radiomètres (VIRGO) pour étudier les variations de la vitesse et de l'intensité pour des études relevant de l'héliosismologie et analyser les variations de la constante solaire.

Équipement	Description	Objectifs	Concepteur
CDS (Coronal Diagnostic Spectrometer)			Laboratoire Rutherford Appleton, Royaume-Uni
CELIAS (Charge, Element, and Isotope Analysis System)			Université de Berne, Suisse
COSTEP (Comprehensive Suprathermal and Energetic Particle Analyzer)			Université de Kiel, Allemagne
EIT (Extreme ultraviolet Imaging Telescope (en))			Institut d'astrophysique spatiale, France
ERNE (Energetic and Relativistic Nuclei and Electron experiment)			Université de Turku, Finlande
GOLF (Global Oscillations at Low Frequencies)			Institut d'astrophysique spatiale, France
LASCO (en) (Large Angle and Spectrometric Coronagraph)			Laboratoire de la Recherche Navale, États-Unis et Institut Max-Planck de recherche sur le Système solaire de la société Max-Planck, Allemagne
MDI/SOI (Michelson Doppler Imager/Solar Oscillations Investigation)			Université Stanford, États-Unis
SUMER (Solar Ultraviolet Measurements of Emitted Radiation)			Institut Max-Planck de recherche sur le Système solaire, Institut d'astrophysique spatiale, France
SWAN (Solar Wind Anisotropies)			Finnish Meteorological Institute, Finlande et Service d'aéronomie, France
UVCS (Ultraviolet Coronagraph Spectrometer)			Centre Harvard-Smithsonian pour l'Astrophysique, États-Unis
VIRGO (Variability of Solar Irradiance and Gravity Oscillations)			World Radiation Center, Suisse, Centre européen de technologie spatiale (ESTEC), Pays-Bas

Résultats

Soleil

SoHO a révolutionné notre connaissance du Soleil. Des millions de clichés et de mesures, des centaines de publications scientifiques sont dues aux données qu'il a transmises à la Terre et continue quotidiennement à observer et transmettre la météo solaire (surface et couronne). Parmi les principales découvertes figurent^[11] :

• l'instrument GOLF a permis de déterminer que la vitesse de rotation du cœur du Soleil, qui tourne sur lui-même en une semaine, est quatre fois plus rapide que sa partie extérieure^[12] ;
• la vitesse de propagation du son à l'intérieur du Soleil, calculée à partir des mesures effectuées par l'instrument GOLF, est cohérente avec les simulations des modèles solaires les plus récents jusqu'à 0,1 rayon solaire. Mais les valeurs divergent près du centre en dessous de 0,1 rayon solaire ;
• l'origine du vent solaire rapide a pu être déterminée à partir des données de l'instrument SUMER : celui-ci prend naissance en bordure du réseau chromosphérique ;
• les instruments SUMER/CDS ont effectué la première mesure de la température dans la couronne solaire au-dessus d'un trou polaire, source du vent solaire rapide ;
• les instruments SUMER/CDS ont mesuré la densité électronique, la température et les vitesses du plasma de la région de transition dans différentes structures ;
• SoHO à l'aide de l'instrument EIT a mis en évidence la très grande instabilité temporelle du Soleil calme^[Quoi ?] à toutes les échelles spatiales ;
• SoHO a détecté et cartographié l'hélium ionisé présent dans la basse couronne et produisant une élévation brutale du bord solaire dans les trous coronaux ;
• à l'aide des instruments EIT/LASCO, SoHO a découvert un grand nombre d'éjections de masse coronale (CME) (plusieurs par jour) qui sont déclenchées à la base de l'atmosphère et a réalisé le suivi de leur propagation dans l'espace ;
• SoHO a cartographié pour la première fois la répartition de l'hydrogène dans l'héliosphère et son évolution en fonction du cycle solaire (instrument SWAN) ;
• l'instrument SWAN a permis la détection des régions actives sur la face cachée du Soleil.

Comètes

Représentation virtuelle d'une partie des comètes aperçues par SOHO de 2005 à 2013.

SoHO, grâce à sa position, a permis de détecter un très grand nombre de comètes. L'instrument SWAN a permis la détection des comètes par la signature de leur dégazage en rayonnement L tandis que l'instrument LASCO a permis l'observation de plus de 200 comètes rasantes. SoHO en avait recensé 500 en août 2002 et trois ans plus tard le 5 août 2005 Toni Scarmato découvre la 1 000 ^e comète^[13]. Le 25 juin 2008, la sonde détecte sa 1 500 ^e comète^[14], puis la 2 000 ^e le 26 décembre 2010, par Michal Kusiak^[15].

Les images prises par SoHO montrent des comètes s'approchant très près du Soleil et le vent solaire souffler avec force sur elles, leur faisant onduler une des deux queues de manière spectaculaire. Environ 85 % des comètes découvertes avec l'aide des clichés de SoHO appartiennent au groupe de Kreutz (en l'hommage de Heinrich Kreutz, le premier à avoir identifié ce groupe particulier de comètes). Pour une grande part, ces comètes s'évaporent au voisinage du Soleil, ce sont des comètes rasantes.

Entre les 13 et 22 décembre 2010, SoHO découvre 25 comètes qui s'écrasent sur le Soleil, probablement des membres du groupe de Kreutz. Karl Battams du Naval Research Laboratory pense que ces évènements pourraient préfigurer du passage d'une comète du type de la comète Ikeya-Seki^[16].

Mission SoHO en chiffres

Pour le 25^e anniversaire, un bilan temporaire a été établi^[17]:

• 25 années d'observations et de mesures,
• 2 cycles solaires,
• 20 millions d'images ;
• 300 thèses universitaires ;
• 6 000 articles publiés ;
• 50 térabits de données dans les archives SoHO ;
• 2,4 millions de blocks de commande envoyés ;
• 4 000 comètes aperçues ;
• 30 000 éjections de masse coronale.

Note : les 3 gyroscopes sont hors service.

Notes et références

Notes

Références

1. « Fact Sheet », sur sci.esa.int (consulté le 23 juin 2021)
2. (en-GB) « Green light for continued operations of ESA science missions », sur sci.esa.int, Agence spatiale européenne (consulté le 21 janvier 2018).
3. (en) « Happy Birthday! (December 2, 2017) », sur NASA (consulté le 23 avril 2021).
4. Huber et Malinovsky-Arduini 1991, p. 303-304.
5. Huber et Malinovsky-Arduini 1991, p. 302.
6. « SoHO : les principales étapes du projet », sur CNES Missions scientifiques (consulté le 30 décembre 2013).
7. (en) « Two-year extensions confirmed for ESA's science missions », sur ESA (consulté le 7 août 2017).
8. (en) « ESA Science & Technology: Extended life for ESA's science missions », sur web.archive.org, 4 septembre 2019 (consulté le 30 mars 2020).
9. « ESA Science & Technology - Extended operations confirmed for science missions », sur sci.esa.int (consulté le 14 janvier 2022)
10. « SoHO : le satellite SoHO », sur CNES Missions scientifiques (consulté le 30 décembre 2013).
11. « Objectifs scientifiques de SoHO », sur CNES Missions scientifiques (consulté le 28 décembre 2013).
12. « L’existence des modes G du Soleil confirmée sans ambiguïté », sur soho.cnes.fr (consulté le 27 septembre 2017).
13. (en) « History’s greatest comet hunter discovers 1000th comet », Agence spatiale européenne, 19 août 2005 (consulté le 12 juillet 2008).
14. (en) « SOHO celebrates 1500th comet discovery », Agence spatiale européenne, 26 juin 2008 (consulté le 12 juillet 2008).
15. (en) SOHO Spacecraft Discovers Its 2,000th Comet sur space.com.
16. (en) Sundiving Comet Storm sur le site science.nasa.gov.
17. (en) « ESA SOHO in numbers » (consulté le 23 avril 2021).

Bibliographie

 : document utilisé comme source pour la rédaction de cet article.

• (en) Martin C.E. Huber et Monique Malinovsky-Arduini, « The SoHO concept and its realisation », Space Science Reviews, vol. 61,‎ 7 octobre 1991, p. 301-334
  Présentation des caractéristiques de la mission en 1991.
• (en) Peter Bond, Solar Surveyors : Observing the Sun from Space, Springer, 2022, 535 p. (ISBN 978-3-030-98787-9)

Voir aussi

Articles connexes

• Héliosismologie
• Soleil, Vent solaire, Couronne solaire, Éruption solaire
• Cluster

Liens externes

• SoHO sur le site des missions scientifiques, CNES
• (en) Site officiel de la mission, Agence spatiale européenne