En décembre 2024, l’Agence spatiale européenne a lancé sa mission PROBA-3, une merveille d’ingénierie conçue pour observer des éclipses solaires artificielles. Six mois après son grand départ, elle vient de dévoiler ses premières photos, pour le plus grand plaisir des astronomes.
Les éclipses solaires, qui surviennent lorsque la Lune vient occulter le Soleil en se positionnant précisément entre la Terre et notre étoile, sont des spectacles grandioses, aussi bien pour les particuliers que pour les chercheurs. Pour ces derniers, elles représentent une opportunité rare d’observer des détails autrement invisibles de la couronne solaire – une véritable mine d’informations sur le fonctionnement de cet astre qui, paradoxalement, reste encore relativement mal compris à bien des égards.
Une éclipse artificielle sur commande
Le problème, c’est que les éclipses, en particulier les totales, sont à la fois relativement rares et éphémères. Un fait regrettable, car cela limite grandement les opportunités d’observation et la collecte de données qui pourraient conduire à des avancées remarquables en astrophysique.
C’est pour cette raison que l’ESA a imaginé PROBA-3, un couple de sondes dont la coopération permet de générer des éclipses artificielles. D’un côté, un coronographe, un engin truffé d’instruments spécifiquement conçus pour observer les rayonnements issus de la couronne solaire. De l’autre, l’occulteur, dont la mission est de masquer le disque solaire afin que seule la couronne soit visible – exactement comme la Lune le fait avec la Terre lors des éclipses naturelles.
En procédant ainsi, on peut théoriquement obtenir des éclipses artificielles quasiment parfaites et, surtout, extrêmement longues. La fenêtre d’observation couvre en effet une période de six heures, contre quelques minutes pour les éclipses naturelles, et cela de façon répétable toutes les vingt heures – avec tout ce que cela implique pour la quantité de données exploitables.
Un ballet orbital à la précision extrême
Mais pour y parvenir, il faut que les deux engins évoluent en formation rapprochée sur des orbites extrêmement précises. Ils doivent se stabiliser à 150 mètres l’un de l’autre, de façon à ce que le disque d’1,4 mètre de l’occulteur projette une ombre de 5 centimètres précisément au milieu du système optique du coronographe. Le tout avec une marge d’erreur inférieure à un millimètre. Et c’est tout sauf évident à accomplir avec deux appareils évoluant à plus de 50 000 kilomètres d’altitude.
Les deux compères sont en effet constamment soumis à des forces externes (gravité, pression de radiation…) qui menacent la stabilité de la formation. En outre, après chaque orbite, le coronographe et l’occulteur s’éloignent légèrement l’un de l’autre – une issue inévitable lorsque deux engins ne sont pas positionnés exactement sur la même orbite. Ils doivent donc se rejoindre et rétablir leur formation avec précision à chaque rotation, ce qui complexifie massivement les opérations.
Pour répondre à cette problématique inédite dans l’histoire de l’aérospatiale, l’ESA a dû innover. Ses ingénieurs ont conçu une procédure unique au monde, faisant intervenir des éléments de communication, de contrôle, de propulsion et de ciblage.
Le centre de contrôle au sol commence par déterminer la position des deux satellites et indique aux propulseurs de lancer la procédure de rendez-vous. Cette manœuvre initiale doit être effectuée avec un timing impeccable, de façon à ce que les orbites des deux engins changent aussi peu que possible l’une par rapport à l’autre. Autrement, on introduirait une dérive progressive qui rendrait chaque rendez-vous ultérieur encore plus difficile.
Une fois les deux sondes relativement proches, c’est un système de contrôle autonome hybride, capable de gérer les deux engins simultanément, qui prend le relais. Il est totalement déconnecté de l’infrastructure au sol afin d’éviter que la latence des télécommunications n’introduise des erreurs problématiques.
Ce système commence par solliciter un duo de caméras situé sur l’occulteur. En pratique, ce couple agit comme un viseur qui permet à l’appareil de se verrouiller précisément sur un ensemble de repères lumineux positionnés sur le coronographe. C’est ensuite un système de visée composé d’un laser et d’un réflecteur qui prend le relais pour gérer les derniers ajustements. À partir de là, un ensemble de capteurs complémentaires surveille constamment les variations de luminosité pour vérifier que la formation reste stable au cours du temps, tandis que le système de propulsion ajuste la position des deux engins en fonction des paramètres orbitaux.
Il s’agit d’un véritable bijou d’ingénierie, dont la conception a demandé près de 15 ans de travail acharné. Et leur labeur vient enfin d’être récompensé. Lundi 16 juin, l’ESA a annoncé que PROBA-3 avait produit sa toute première éclipse artificielle.
Des images inédites de la couronne solaire
À cette occasion, le coronographe a activé son groupe d’instruments, appelé ASPIICS, pour la première fois. Pendant que son compagnon restait parfaitement stoïque devant notre étoile, il a pu capturer une large gamme d’images de la couronne, allant du domaine visible à l’infrarouge en passant par la lumière polarisée. Les images ainsi produites sont extrêmement précieuses, car elles peuvent renseigner les astronomes sur une multitude de variables et de phénomènes associés à la couronne solaire.
La première, en vert foncé, montre par exemple du fer ionisé, ayant perdu ses électrons sous l’effet de la température extrême. On peut s’en servir pour révéler les zones les plus chaudes de la couronne, ainsi que des phénomènes violents comme les éruptions solaires. La seconde image, en jaune, représente la concentration en hélium. On y distingue notamment une proéminence solaire, une immense boucle de plasma qui s’étire depuis la surface de l’étoile sous l’influence du champ magnétique.
Et ce ne sont là que quelques exemples isolés : lors de cette première observation, la sonde a produit de nombreuses images, chacune apportant des informations précieuses sur un paramètre différent des sciences solaires.
Un avant-goût d’un tournant scientifique
La cerise sur le gâteau, c’est qu’il ne s’agissait que d’un test, et PROBA-3 n’a même pas encore commencé sa campagne scientifique à proprement parler. Avant d’en arriver là, les équipes de l’ESA vont devoir enchaîner les observations pour vérifier que tous les instruments fonctionnent comme prévu. Ils devront ensuite les calibrer rigoureusement afin que les futures données soient aussi précises et représentatives que possible.
Une fois ce processus terminé, les deux engins pourront commencer à capturer des éclipses toutes les vingt heures, générant ainsi un flux de données inédit. Il sera passionnant de suivre les travaux de l’ESA sur cette thématique, et d’examiner les conclusions que les chercheurs pourront tirer en croisant ces informations avec celles rapportées par d’autres engins, à commencer par les sondes solaires Parker et Solar Orbiter. Ensemble, ces trois appareils formidables pourraient bien faire entrer les sciences solaires dans une nouvelle ère.
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