Le vaisseau spatial Solar Orbiter attrape une deuxième comète par la queue

Pour un vaisseau spatial conçu pour mener des études uniques sur le Soleil, Solar Orbiter se fait également un nom en explorant les comètes. Pendant plusieurs jours centrés sur 1200-1300 TU le 17 décembre 2021, le vaisseau spatial s’est retrouvé à voler à travers la queue de la comète C/2021 A1 Leonard.

Un composite d’images de la comète Leonard capturées les 15 et 16 décembre 2021 en lumière visible par l’instrument Metis à bord du vaisseau spatial Solar Orbiter de l’ESA/NASA. La comète a traversé le champ de vision avec ses queues de poussière et d’ions pointant vers l’instrument. Crédit : ESA/Solar Orbiter/Metis Team

Les informations de rencontre capturées sur les particules et le champ magnétique présents dans la queue de la comète. Cela permettra aux astronomes d’étudier la façon dont la comète interagit avec le vent solaire, un vent variable de particules et de champ magnétique qui émane du Soleil et balaye le système solaire.

La traversée avait été prédite par Samuel Grant, un étudiant de troisième cycle au Mullard Space Science Laboratory de l’University College London. Il a adapté un programme informatique existant qui comparait les orbites des engins spatiaux aux orbites des comètes pour inclure les effets du vent solaire et sa capacité à façonner la queue d’une comète.

Cette série de tracés représente les données recueillies par le capteur d’ions lourds de l’analyseur de vent solaire lorsque le vaisseau spatial Solar Orbiter de l’ESA/NASA a traversé la queue de la comète Leonard en décembre 2021. Les données couvrent la période du 11 au 20 décembre, avec le premier et le dernier tracé avant et après la queue. croisement, respectivement, marqué par une absence d’ions ionisés seuls. Pendant la traversée de la queue, les particules de l’instrument sont attribuables à la comète plutôt qu’au vent solaire, par exemple des ions d’oxygène, de carbone et d’azote moléculaire, et des molécules de monoxyde de carbone, de dioxyde de carbone et d’eau. (Les ions sont des atomes ou des molécules qui ont été dépouillés d’un ou plusieurs électrons et qui portent maintenant une charge électrique nette positive.) Crédit : ESA/Solar Orbiter/SWA team

« Je l’ai exécuté avec Comet Leonard et Solar Orbiter avec quelques suppositions sur la vitesse du vent solaire. Et c’est à ce moment-là que j’ai vu que même pour une gamme assez large de vitesses de vent solaire, il semblait qu’il y aurait un croisement », dit-il.

Au moment de la traversée, Solar Orbiter était relativement proche de la Terre après être passé le 27 novembre 2021, pour une manœuvre d’assistance à la gravité qui a marqué le début de la phase scientifique de la mission, et a placé le vaisseau spatial sur la bonne voie pour sa fermeture de mars 2022. approche du Soleil. Le noyau de la comète était à 44,5 millions de kilomètres, près de la planète Vénusmais sa queue géante s’étendait à travers l’espace jusqu’à l’orbite terrestre et au-delà.

Ce tracé de données utilise les données de vitesse et de direction du vent solaire provenant du capteur de protons et d’alpha de l’analyseur de vent solaire (SWA-PAS) pour estimer à quelle distance le vaisseau spatial Solar Orbiter de l’ESA/NASA s’est approché du centre de la queue ionique de la comète C/2021 A1 Leonard en décembre 2021. L’intrigue enregistre la distance entre chaque paquet de vent solaire détecté par SWA-PAS et le noyau de la comète au cours de son voyage du Soleil au vaisseau spatial. L’axe de gauche donne l’échelle en unités astronomiques (au), où 1 au est la distance du Soleil à la Terre, et la même distance est indiquée en kilomètres sur l’axe de droite.
Les changements de vitesse et de direction du vent solaire sont responsables des variations de la distance tracée. Il y a de courtes lacunes d’acquisition de données les 15 et 17 décembre. Crédit : ESA/Solar Orbiter/SWA team & S. Grant (UCL)

Jusqu’à présent, la meilleure détection de la queue de la comète par Solar Orbiter est venue de la suite d’instruments Solar Wind Analyzer (SWA). Son capteur d’ions lourds (HIS) a clairement mesuré les atomes, les ions et même les molécules attribuables à la comète plutôt qu’au vent solaire.

Les ions sont des atomes ou des molécules qui ont été dépouillés d’un ou plusieurs électrons et portent maintenant une charge électrique positive nette. Le SWA-HIS a détecté des ions d’oxygène, de carbone, d’azote moléculaire et des molécules de monoxyde de carbone, de dioxyde de carbone et éventuellement d’eau. « En raison de leur faible charge, ces ions sont tous clairement d’origine cométaire », explique Stefano Livi, chercheur principal du SWA-HIS du Southwest Research Institute, au Texas.

Un composite d’images de la comète Leonard capturées les 15 et 16 décembre 2021 en lumière ultraviolette par l’instrument Metis à bord du vaisseau spatial Solar Orbiter de l’ESA/NASA. La comète a traversé le champ de vision avec ses queues de poussière et d’ions pointant vers l’instrument. Crédit : ESA/Solar Orbiter/Metis Team

Lorsqu’une comète se déplace dans l’espace, elle a tendance à envelopper le champ magnétique du Soleil autour d’elle. Ce champ magnétique est porté par le vent solaire, et le drapage crée des discontinuités où la polarité du champ magnétique change brusquement du nord au sud et vice versa.

Les données de l’instrument magnétomètre (MAG) suggèrent en effet la présence de telles structures de champ magnétique drapées, mais il y a plus d’analyses à faire pour être absolument sûr. « Nous sommes en train d’étudier certaines perturbations magnétiques à plus petite échelle observées dans nos données et de les combiner avec les mesures des capteurs de particules de Solar Orbiter pour comprendre l’origine cométaire possible », explique leur Lorenzo Matteini, co-chercheur sur MAG de l’Imperial College de Londres. .

En plus des données sur les particules, Solar Orbiter a également acquis des images.

Metis est le coronographe multi-longueurs d’onde de Solar Orbiter. Il peut effectuer des observations ultraviolettes qui voient l’émission Lyman alpha émise par l’hydrogène, et il peut mesurer la polarisation de la lumière visible. Les 15 et 16 décembre, il a capturé la tête lointaine de la comète simultanément en lumière visible et ultraviolette. Ces images sont actuellement analysées par l’équipe de l’instrument. « Les images en lumière visible peuvent indiquer la vitesse à laquelle la comète éjecte de la poussière, tandis que les images ultraviolettes peuvent donner le taux de production d’eau », explique Alain Corso, co-chercheur métis au CNR-Istituto di Fotonica e Nanotecnologie, Padoue. , Italie.

Le Solar Orbiter Heliospheric Imager (SoloHI) a également capturé des données. Ces images montrent de grandes parties de la queue ionique de la comète prises alors que le vaisseau spatial lui-même se trouvait à l’intérieur de la queue. Au fur et à mesure que la séquence d’images progresse, des changements dans la queue peuvent être observés en réponse aux variations de la vitesse et de la direction du vent solaire.

Et ce n’était pas seulement Solar Orbiter qui surveillait la traversée. L’ESA/NASA SOHO mission et les engins spatiaux STEREO-A et Parker Solar Probe de la NASA observaient de loin. Cela signifie que non seulement les astronomes disposent désormais de données provenant de l’intérieur de la queue, mais ils disposent également d’images contextuelles de ces autres engins spatiaux (voir les images ci-dessus).

Le vaisseau spatial SOHO a détecté la comète Leonard dans son instrument Solar Wind Anisotropies (SWAN) dans Lyman-alpha. SWAN ne regarde pas directement le Soleil, il cartographie plutôt tout le ciel en lumière ultraviolette et voit l’hydrogène interstellaire qui interagit avec le vent solaire. Les cartes peuvent être utilisées pour révéler des points brillants en lumière ultraviolette indiquant la présence d’une comète, par exemple, comme c’est le cas ici. Crédit : SOHO (ESA et NASA) ; W.Boonplod

Les croisements de queue de comète sont des événements relativement rares. Parmi ceux qui ont été détectés, la plupart n’ont été remarqués qu’après l’événement. La mission ESA/NASA Ulysses a rencontré trois queues ioniques de comètes, dont celle de C/1996 B2 Hyakutake en mai 1996 et C/2006 P1 McNaught au début de 2007. Solar Orbiter lui-même a traversé la queue de la comète fragmentée C/2019 Y4 ATLAS en mai et juin 2020, peu de temps après le lancement.

Alors que les premières traversées ont été une surprise, les deux rencontres de Solar Orbiter ont été prédites à l’avance grâce au code informatique développé par Geraint Jones, University College London Mullard Space Science Laboratory, et étendu par Samuel.

« Le gros avantage est que, pour pratiquement aucun effort de la part du vaisseau spatial, vous pouvez échantillonner une comète à une distance énorme. C’est assez excitant », déclare Samuel, qui examine maintenant les données d’archives d’autres engins spatiaux à la recherche de croisements de queue de comète qui sont jusqu’à présent passés inaperçus.

Le travail aide également à acquérir de l’expérience pour La mission Comet Interceptor de l’ESA, dont Geraint est le chef d’équipe scientifique. La mission visitera une comète encore inconnue, faisant un survol de la cible avec trois engins spatiaux pour créer un profil 3D d’un objet « dynamiquement nouveau » qui contient du matériel non traité survivant depuis l’aube du système solaire.

Le vaisseau spatial ESA / NASA Solar Orbiter a survolé la queue de la comète C / 2021 A1 Leonard en décembre 2021, collectant des images et des données in situ sur le vent solaire et les particules. Au même moment, SOHO (ESA/NASA), Parker Solar Probe (NASA) et STEREO-A (NASA) surveillaient également l’évolution de la comète sous d’autres angles. Le graphique montre les positions relatives approximatives des planètes, de la comète et du vaisseau spatial le 17 décembre 2021 et n’est pas à l’échelle. Des champs de vision très approximatifs sont indiqués pour les instruments sélectionnés : SoloHI sur Solar Orbiter et SECCHI sur STEREO-A. Crédit : G. Jones & S. Grant (UCL)

En attendant, les équipes d’instruments de Solar Orbiter sont occupées à analyser les données de la comète Leonard non seulement pour ce qu’elles peuvent leur dire sur la comète, mais aussi sur le vent solaire.

« Ce type de science supplémentaire est toujours une partie passionnante d’une mission spatiale », déclare Daniel Müller, scientifique du projet ESA pour Solar Orbiter. « Lorsque la traversée d’ATLAS a été prévue, nous étions encore en train d’étalonner le vaisseau spatial et ses instruments. De plus, la comète s’est fragmentée juste avant notre arrivée. Mais avec la comète Leonard, nous étions totalement prêts – et la comète ne s’est pas effondrée.

Orbiteur solaire. Crédit : ESA/ATG medialab

En mars, Solar Orbiter effectue son passage le plus proche du Soleil à une distance de 0,32 ua (environ un tiers de la distance Terre-Soleil, soit environ 50 millions de kilomètres). C’est l’un des près de 20 passages proches du Soleil qui se produiront au cours de la prochaine décennie. Celles-ci résulteront d’images et de données, non seulement rapprochées, mais aussi des régions polaires jamais vues du Soleil.

« Il y a tellement de choses à espérer avec Solar Orbiter, nous ne faisons que commencer », déclare Daniel.