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Comment la sonde de la NASA va-t-elle faire pour “toucher” le Soleil sans fondre ?

Illustration de la sonde Parker Soler Probe se rapprochant du Soleil. Credits : Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory

Dans quelques semaines la NASA lancera l’un de ses projets les plus ambitieux : la sonde solaire Parker, dont la mission sera de « toucher » le Soleil – et de se rapprocher de la surface solaire plus que n’importe quelle sonde auparavant. Comment faire alors pour ne pas fondre ?

Deux sondes seront prochainement envoyées au plus près de notre étoile : Parker Solar Probe, de la NASA, et Solar Orbiter de l’Agence Spatiale européenne (ESA). Ces deux sondes permettront aux chercheurs de mieux appréhender le fonctionnement interne de notre étoile. La sonde Solar Orbiter sera placée à une distance d’environ quarante-deux millions de kilomètres sur une orbite très inclinée, lui permettant d’imager directement les pôles du Soleil. De son côté, Parker Solar Probe sera elle beaucoup plus près, à environ six millions de kilomètres de la surface.

Les trois orbites les plus proches de la sonde l’amèneront donc à l’intérieur de l’atmosphère extérieure – ou couronne – de notre étoile, où les températures atteignent des millions de degrés Kelvin. Comme l’a expliqué la NASA, l’astuce pour protéger la sonde réside dans la différence entre la température et la chaleur, ainsi que la densité de l’espace. La température est une mesure de la vitesse à laquelle les particules se déplacent, mais la chaleur mesure la quantité d’énergie qu’elles transfèrent réellement. Dans l’espace, les particules peuvent se déplacer très rapidement, mais sans transférer beaucoup de chaleur, car il y a beaucoup d’espace entre ces particules.

« La couronne par laquelle passe la sonde Parker Solar, par exemple, a une température extrêmement élevée mais une densité très faible », explique Susannah Darling, de la NASA. « Pensez à la différence entre mettre votre main dans un four chaud plutôt que de la mettre dans une casserole d’eau bouillante (ne le faites pas) – dans le four, votre main peut résister à des températures beaucoup plus élevées que dans l’eau où elle doit interagir avec beaucoup plus de particules. De même, poursuit la chercheuse, par rapport à la surface visible du Soleil, la couronne est moins dense, de sorte que le vaisseau spatial interagit avec moins de particules chaudes et ne reçoit pas autant de chaleur ».

Cela signifie que l’écran thermique qui protège la plupart des instruments à bord de la sonde ne sera chauffé qu’à environ 1 644 degrés Kelvin (1 370 °C). Cet écran sera composé de deux panneaux composites en carbone prenant en sandwich un noyau de mousse de carbone de 11,5 centimètres d’épaisseur. Le côté faisant face au Soleil est peint en blanc brillant avec de la peinture céramique afin de dévier le plus possible la lumière du Soleil. Il mesure environ 2,4 mètres de diamètre. Le bouclier ne pèse au total que 72,5 kilogrammes (la mousse est très légère).

L’instrumentation devrait ainsi être protégée. Par exemple, la cage de Faraday de la sonde conçue pour capturer les particules chargées afin de mesurer leur débit est faite de titane-zirconium-molybdène, qui a un point de fusion d’environ 2622 Kelvin. Les puces qui produisent le champ électrique de l’instrument sont par ailleurs forgées à partir de tungstène, le métal ayant le point de fusion le plus élevé connu – 3 695 Kelvin. Enfin, le câblage électrique est fait de niobium, qui a un point de fusion de 2750 Kelvin. Des capteurs installés sur la sonde permettront de corriger son orientation afin que l’instrumentation ne soit pas exposée aux rayons brûlants.

Les panneaux solaires qui seront utilisés pour collecter l’énergie qui alimentera la sonde pourront de leur côté se rétracter derrière le bouclier thermique afin d’éviter la surchauffe. La sonde sera également refroidie par de l’eau déionisée sous pression, le liquide le plus à même de supporter les températures extrêmes auxquelles Parker sera exposée.

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