Les scientifiques font de leur mieux

May 02, 2023

Les chercheurs ont acquis une nouvelle vision du voyage à venir pour le vaisseau spatial jumeau Voyager et d'autres sondes liées à des voyages à sens unique dans l'espace interstellaire

Nous vivons dans une bulle, littéralement.

C'est ce qu'on appelle l'héliosphère, et c'est fait de plasma ténu gonflant du soleil. Ce gaz ionisé s'écoule vers l'extérieur le long des lignes de champ magnétique émergeant de notre étoile, s'enroulant en spirales radiales liées à la rotation du soleil. S'aventurer au-delà de l'endroit où ce vent faiblit contre les plus grands flux de plasma qui traversent notre galaxie, c'est, dans un sens très réel, laisser notre système solaire derrière nous.

Pourtant, bien que l'héliosphère soit connue et étudiée depuis la fin des années 1950, ses frontières floues n'ont été révélées que relativement récemment - avec une découverte surprenante. Il y a un peu plus de dix ans, Voyager 1 de la NASA a renvoyé des données suggérant qu'il avait finalement quitté l'héliosphère pour entrer dans l'espace interstellaire. Mais une mesure ne correspondait pas aux attentes : le champ magnétique en spirale ne s'est pas redressé comme il était censé le faire si le vaisseau spatial avait effectivement traversé.

"Rétrospectivement, il était logique qu'il y ait une région de transition où le champ magnétique interstellaire se regroupe et se drape contre l'héliosphère", déclare Jamie Rankin, scientifique adjoint du projet pour la mission Voyager et physicien spatial à l'Université de Princeton.

Cet effet de "drapage" est similaire à la façon dont l'eau qui coule s'accumule autour de la proue d'un navire et le long de ses flancs, vers l'arrière. Et tout comme ce sillage ondulant peut révéler le contour d'un navire, la courbure des champs magnétiques interstellaires autour de l'héliosphère lorsque notre étoile se déplace dans la Voie lactée peut fournir des indices importants sur la taille et la forme de la frontière en forme de bulle entre notre système solaire et le reste du monde. La galaxie. Mais exactement à quoi ressemble ce drapé et comment il cède la place au milieu interstellaire vierge sont restés des questions ouvertes, c'est-à-dire jusqu'à présent.

Dans une étude récemment publiée dans Astrophysical Journal Letters, Rankin et son équipe de chercheurs brossent le premier tableau clair de la région drapée en rassemblant des mesures indépendantes des sondes jumelles Voyager et un modèle de la frontière héliosphère-interstellaire provenant de la frontière interstellaire de la NASA. Explorer (IBEX), un satellite en orbite terrestre lancé en 2008.

La force des Voyagers est qu'ils mesurent directement les champs magnétiques et comment les champs changent avec la distance à mesure que le vaisseau spatial s'éloigne du soleil. Mais les Voyagers n'échantillonnent le terrain que le long de leurs trajectoires, offrant une vue aveugle des limites évolutives de la bulle. IBEX, d'autre part, fournit une perspective "grande image" en détectant les gerbes énergétiques d'atomes produites par les collisions entre les particules du vent solaire et les particules du milieu interstellaire à la limite de l'héliosphère. Ces données donnent une vue à distance de la surface de la bulle dans tout le ciel mais sans mesures de distance relative cruciales.

Le problème est que ces deux ensembles de données ne concordent pas. Le long de leurs trajectoires sortantes, les deux Voyager mesurent maintenant localement des champs magnétiques qui sont plus forts que - et de travers - les valeurs extrapolées à partir des observations à distance de tout le ciel d'IBEX du champ magnétique non drapé plus loin. Réconcilier ces résultats de missions aussi différentes, c'est un peu comme essayer de reconstituer deux ensembles de pièces de puzzle. "Il y a eu beaucoup de discussions sur les raisons pour lesquelles les données de Voyager ne correspondent pas à IBEX", explique Katia Ferrière, astrophysicienne à l'Université de Toulouse en France, qui n'a pas participé à l'étude.

Dans l'article, les chercheurs montrent comment le modèle IBEX et les mesures des Voyagers racontent en fait une histoire cohérente. Le long de la trajectoire de Voyager 1, les résultats montrent que l'intensité et la direction du champ - c'est-à-dire la " draperie " autour des bords de l'héliosphère - persisteront au cours des 60 prochaines années, ce qui correspond à 20 milliards de kilomètres supplémentaires du voyage de l'engin spatial, avant d'atteindre finalement le champ magnétique interstellaire "non drapé" prédit par IBEX. Appliquée aux données de Voyager 2, l'analyse montre que ce vaisseau spatial devra voyager deux fois plus loin que son jumeau pour échapper aux champs magnétiques accumulés de la transition de l'héliosphère, un voyage d'environ 120 ans.

"[Ces résultats] brossent un tableau complet", déclare Ferrière, même si les missions futures pourraient encore l'enrichir.

À cette fin, la NASA prévoit le lancement en 2025 d'une sorte de successeur d'IBEX : la sonde de cartographie et d'accélération interstellaire (IMAP). IMAP produira des cartes à résolution encore plus élevée de la structure globale de l'héliosphère et chevauchera les mesures en cours de Voyager, qui, espèrent les chercheurs, se poursuivront au cours de la prochaine décennie malgré le fait que les deux Voyagers soient dangereusement faibles en puissance.

"La combinaison de ces mesures fournira la meilleure compréhension de l'interaction de l'héliosphère avec le milieu interstellaire local", déclare le co-auteur de l'étude, David McComas, physicien spatial à l'Université de Princeton et chercheur principal des missions IBEX et IMAP.

Une future mission interstellaire pour continuer là où Voyager 1 et 2 s'arrêtent pourrait également clarifier davantage la forme complexe de l'héliosphère.

"L'envoi d'un vaisseau spatial sur le côté pourrait donner une bonne idée de ce à quoi ressemble cette bulle dans la direction du vent local et du côté opposé où les gens parlent d'une configuration en forme de queue", explique Ralph McNutt, Jr., chercheur principal pour l'étude de concept de mission Interstellar Probe et physicien spatial au laboratoire de physique appliquée de l'Université Johns Hopkins.

Et les résultats de l'étude de Rankin et de son équipe suggèrent que les champs magnétiques s'accumulent moins vers le flanc bâbord de l'héliosphère, ce qui signifie qu'une sonde traversant cette région de transition, par opposition au drapage plus épais de l'autre côté, pourrait accéder plus rapidement à l'interstellaire vierge. espace.

L'obtention d'échantillons du champ magnétique interstellaire non perturbé pourrait également aider à cartographier la distribution et la forme des nuages ​​interstellaires de gaz et de poussière qui entourent notre système solaire, tels que le nuage interstellaire local (LIC) que l'héliosphère traverse actuellement. Les nuages ​​interstellaires peuvent également étirer et tordre les champs magnétiques environnants lorsqu'ils se déplacent.

"La forme générale de l'héliosphère est régie par son mouvement à travers le LIC, mais sa forme exacte dépend également des champs magnétiques ambiants", explique Ferrière.

Bien qu'il reste encore du travail à faire pour cartographier notre bulle et ses environs, l'étude de Rankin et de son équipe montre la puissance de la combinaison de mesures satellites à distance et d'engins spatiaux in situ.

"Cette étude consiste à relier ce que nous avons mesuré pour donner un sens à la vue d'ensemble de ce à quoi ressemble notre place dans la galaxie", déclare Rankin.

Théo Nicitopoulosest un écrivain indépendant qui couvre l'actualité des sciences de la Terre et de l'espace.

Billings Lee

Tim Foger

Jonathan O'Callaghan