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The ASPIICS solar coronagraph aboard the Proba-3 formation flying mission. Scientific objectives and instrument design

Ce document expose les objectifs scientifiques et la conception du coronographe ASPIICS, un instrument novateur à bord de la mission Proba-3 de l'ESA qui utilise une séparation par vol en formation de 144 mètres entre un occulteur externe et un télescope pour observer la couronne solaire interne avec une clarté et une faible lumière parasite sans précédent.

Auteurs originaux : A. N. Zhukov, C. Thizy, D. Galano, B. Bourgoignie, L. Dolla, C. Jean, B. Nicula, S. Shestov, C. Galy, R. Rougeot, J. Versluys, J. Zender, P. Lamy, S. Fineschi, S. Gunar, B. Inhester, M. Mierla, P. Rud

Publié 2026-07-07✓ Author reviewed ⓘ

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CC BY 4.0

Auteurs originaux : A. N. Zhukov, C. Thizy, D. Galano, B. Bourgoignie, L. Dolla, C. Jean, B. Nicula, S. Shestov, C. Galy, R. Rougeot, J. Versluys, J. Zender, P. Lamy, S. Fineschi, S. Gunar, B. Inhester, M. Mierla, P. Rudawy, K. Tsinganos, S. Koutchmy, R. Howard, H. Peter, S. Vives, L. Abbo, C. Aime, K. Aleksiejuk, J. Baran, U. Bak-Steslicka, A. Bemporad, D. Berghmans, D. Besliu-Ionescu, S. Buckley, O. Buiu, G. Capobianco, I. Cimoch, E. DHuys, C. E. DeForest, M. Dziezyc, K. Fleury-Frenette, S. E. Gibson, S. Giordano, L. Golub, K. Grochowski, P. Heinzel, A. Hermans, J. Jacobs, S. Jejcic, N. Kranitis, F. Landini, D. Loreggia, J. Magdalenic, D. Maia, C. Marque, R. Melich, M. Morawski, M. Mosdorf, V. Noce, P. Orleanski, A. Paschalis, R. Peresty, L. Rodriguez, D. B. Seaton, L. Short, J. -F. Simar, M. Steslicki, R. Sorensen, G. Terrasa, N. Van Vooren, F. Verstringe, L. Zangrilli

Article original sous licence CC BY 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). ✨ Ceci est une explication générée par l'IA de l'article ci-dessous. Elle n'a pas été rédigée par les auteurs. Pour une précision technique, consultez l'article original. Lire la clause de non-responsabilité complète

L'idée principale : Une machine d'« éclipse » spatiale

Imaginez que vous essayiez de prendre en photo la flamme d'une bougie située juste à côté d'un projecteur aveuglant. Si vous regardez directement la bougie, l'éclat du projecteur l'efface complètement. C'est le problème auquel les astronomes sont confrontés lorsqu'ils tentent d'étudier la couronne solaire (l'atmosphère extérieure du Soleil). La surface du Soleil est si brillante qu'elle cache la couronne, qui est faible et vaporeuse, sauf lors d'une éclipse solaire totale sur Terre, qui ne dure que quelques minutes et arrive rarement.

C'est ici qu'entre en scène ASPIICS, une caméra spéciale sur une mission appelée Proba-3. Au lieu d'attendre une éclipse rare, Proba-3 crée sa propre « éclipse artificielle » dans l'espace.

Comment ça marche : La danse de deux satellites

La plupart des télescopes spatiaux sont des unités uniques. Proba-3 est différent ; il se compose de deux engins spatiaux distincts volant en formation précise, comme un duo de danseurs.

Le satellite occultateur (La « Main ») : Un satellite transporte un grand disque circulaire (l'occulteur). Voyez cela comme une main géante levée pour bloquer le projecteur aveuglant (le Soleil).
Le satellite coronographe (L'« Œil ») : Le second satellite transporte la caméra (ASPIICS). Il vole à environ 144 mètres (472 pieds) derrière le premier.

Parce que les deux satellites sont si éloignés, la « main » peut bloquer le Soleil parfaitement sans projeter une ombre trop petite ou déformée. Cela crée un long tunnel d'ombre sombre où se trouve la caméra. À l'intérieur de ce tunnel, la caméra peut voir clairement la faible couronne, libérée de l'éclat aveuglant de la surface du Soleil.

L'analogie : Imaginez que vous essayiez de voir une luciole à côté d'un projecteur de stade. Si vous tenez une pièce de monnaie près de votre œil pour bloquer la lumière, l'ombre de la pièce est floue et petite. Mais si un ami tient un grand panneau à 30 mètres de vous, le panneau projette une ombre longue et nette. Vous pouvez alors vous tenir dans cette ombre et voir la luciole parfaitement. C'est exactement ce que fait Proba-3.

Pourquoi c'est important : Combler le « maillon manquant »

Pendant longtemps, les astronomes ont eu une « lacune » dans leur vision du Soleil :

Les caméras de près (comme celles du satellite SDO) peuvent voir la surface du Soleil et le bas de l'atmosphère, mais elles sont éblouies si elles regardent trop loin.
Les caméras lointaines (comme LASCO sur le satellite SOHO) peuvent voir la couronne externe, mais elles ratent la partie cruciale de l'intérieur, là où les choses commencent à se passer.

ASPIICS comble cette lacune. Elle peut voir la couronne depuis juste au-dessus de la surface du Soleil (1,099 fois le rayon du Soleil) jusqu'à 3 fois le rayon du Soleil. C'est comme avoir une caméra capable de voir toute l'« atmosphère » du Soleil en une vue continue et claire, du niveau du sol jusqu'à la stratosphère.

Ce qu'ils espèrent apprendre

L'article expose trois mystères que ASPIICS espère résoudre :

Pourquoi l'atmosphère du Soleil est-elle si chaude ? La surface du Soleil est à environ 5 500 °C, mais la couronne atteint des millions de degrés. C'est comme s'éloigner d'un feu de camp et se faire soudainement brûler par une explosion de chaleur. ASPIICS cherchera des ondes minuscules et des « claquements » magnétiques qui pourraient injecter de l'énergie dans la couronne pour la chauffer.
D'où vient le vent solaire ? Le Soleil souffle constamment un flux de particules (le vent solaire) vers la Terre. Parfois, c'est une brise légère ; d'autres fois, c'est un ouragan. ASPIICS observera les « régions sources » pour voir comment ce vent naît et s'accélère.
Qu'est-ce qui déclenche les tempêtes solaires ? Parfois, le Soleil entre en éruption, envoyant de massifs nuages de gaz magnétisé (Éjections de Masse Coronale ou CME) vers la Terre. Ceux-ci peuvent endommager les satellites et les réseaux électriques. ASPIICS observera le moment précis où ces éruptions commencent, tentant de voir la « mèche » qui allume le feu.

L'instrument : Un œil de haute technologie

L'instrument ASPIICS est une caméra sophistiquée conçue pour gérer des conditions extrêmes :

L'objectif : Il utilise un ensemble spécial de lentilles pour concentrer la lumière faible de la couronne sur un capteur numérique.
Les filtres : Il ne prend pas seulement des photos en noir et blanc. Il utilise des « lunettes de soleil » spéciales (filtres) pour observer des couleurs de lumière spécifiques. Certains filtres montrent le gaz chaud (2 millions de degrés), tandis que d'autres montrent des nuages de gaz plus froids et denses (les protubérances).
La caméra « intelligente » : La luminosité du Soleil varie énormément. La partie proche du Soleil est brillante ; la partie lointaine est sombre. Pour capturer les deux, la caméra prend une série de photos avec différents temps d'exposition (comme prendre une photo d'une pièce sombre et d'une fenêtre lumineuse séparément) et les assemble pour créer une image parfaite.

Le profil de la mission

Orbite : Les deux satellites volent dans une orbite très étirée, de forme ovale, autour de la Terre. Ils passent environ 6 heures au sommet de cette orbite (l'apogée) où ils peuvent effectuer leur danse de vol en formation.
Précision : Maintenir deux satellites alignés à quelques millimètres près sur une distance de 144 mètres est incroyablement difficile. Ils utilisent des lasers, des caméras et le GPS pour rester parfaitement alignés, garantissant que l'ombre reste sur la caméra.
Durée : La mission est prévue pour durer deux ans, offrant aux scientifiques des centaines d'heures de données de haute qualité — bien plus que ce qu'une seule éclipse solaire totale sur Terre pourrait jamais fournir.

Résumé

En résumé, l'instrument ASPIICS de la mission Proba-3 est un outil révolutionnaire qui utilise deux satellites volant en formation précise pour créer une éclipse solaire artificielle permanente. Cela permet aux scientifiques d'observer l'atmosphère interne du Soleil avec une clarté sans précédent, aidant à résoudre des énigmes de longue date sur la raison pour laquelle la couche externe du Soleil est si chaude, comment le vent solaire est créé et ce qui provoque les tempêtes météorologiques spatiales dangereuses.

Résumé technique : Le coronographe solaire ASPIICS de la mission de vol en formation Proba-3

Énoncé du problème
La couronne solaire, source du vent solaire et des éjections de masse coronale (CME), reste mal comprise dans la région de la « couronne moyenne » (environ 1,1 à 3 rayons solaires, $R_\odot$ ). Cette région représente une lacune observationnelle critique : les imageurs EUV (extrême ultraviolet, ex. SDO/AIA) observent généralement la couronne inférieure jusqu'à environ $1,27 R_\odot$ , tandis que les coronagraphs classiques à occultation externe (ex. SOHO/LASCO C2, STEREO/COR2) commencent généralement leurs observations vers $2,2\text{--}2,5 R_\odot$ . Les observations au sol sont limitées par la diffusion atmosphérique et la courte durée des éclipses. De plus, les coronagraphs spatiaux existants sont confrontés à des niveaux élevés de lumière diffuse lors de l'observation à proximité du limbe solaire, ce qui occulte les structures coronales ténues et réduit le rapport signal sur bruit nécessaire à l'étude des phénomènes dynamiques tels que la propagation des ondes et l'accélération des CME.

Méthodologie et conception de l'instrument
L'article décrit l'instrument ASPIICS (Association of Spacecraft for Polarimetric and Imaging Investigation of the Corona of the Sun), lancé le 5 décembre 2024 à bord de la mission Proba-3 de l'Agence spatiale européenne. L'innovation centrale de la mission est une architecture de vol en formation composée de deux engins spatiaux :

Engin spatial de l'occulteur (OSC) : transporte un disque occulteur externe circulaire (rayon $R_{EO} = 0,71088$ m) doté d'un bord toroïdal.
Engin spatial du coronographe (CSC) : transporte le télescope ASPIICS.

Les deux engins spatiaux maintiennent une formation précise avec une distance inter-satellites (ISD) d'environ 144 mètres pendant une fenêtre de 6 heures centrée sur l'apogée de leur orbite hautement elliptique (période de 19,63 heures). Cette distance représente une augmentation de deux ordres de grandeur par rapport aux coronagraphs classiques à occultation externe (où $D \sim 1$ m).

Caractéristiques techniques clés :

Suppression de la lumière diffuse : La grande séparation ( $D \approx 144$ m) réduit considérablement l'intensité de la lumière diffractée par l'occulteur externe, permettant des observations jusqu'à $1,099 R_\odot$ avec une faible lumière diffuse.
Système optique : ASPIICS est un coronographe de Lyot doté d'une pupille d'entrée de 50 mm et d'une distance focale de 734,6 mm. Il utilise un occulteur interne et un arrêt de Lyot pour bloquer la lumière diffractée.
Détecteurs et filtres : L'instrument utilise un capteur CMOS APS (Active Pixel Sensor) de $2048 \times 2048$ $2048 \times 2048$ pixels avec une échelle de pixel de $2,817''$ $2, 81 7^{''}$ . Il emploie une roue à filtres comprenant six fentes :
- Large bande (WBF) : 5363–5658 Å (centrée à 5510 Å) pour la luminosité totale et la brillance polarisée (avec des polariseurs à 0°, 60°, 120°).
- Bande étroite Fe XIV : Centrée à 5304 Å (ligne verte) pour le plasma à $\sim2$ MK.
- Bande étroite He I D3 : Centrée à 5877 Å pour le plasma des protubérances ( $\sim0,01$ MK).
Métrologie : Le vol en formation est maintenu grâce au GNSS, un système de vision (Visual-Based System - VBS) et un capteur fin latéral et longitudinal (FLLS) utilisant des réflecteurs laser. ASPIICS utilise également un capteur de position d'ombre (SPS) et un émetteur de capteur de position d'occulteur (OPSE) pour surveiller l'alignement de l'occulteur externe par rapport à l'ouverture du télescope.
Traitement des données : Pour gérer la plage dynamique élevée de la couronne, l'instrument utilise une approche de « carte de tuiles » (tile map), divisant le détecteur en tuiles de $64 \times 64$ pixels. Différents temps d'exposition sont appliqués à différentes tuiles, et des indicateurs de qualité déterminent quelles tuiles sont conservées pour la transmission des données.

Résultats et performances
Les campagnes de calibration au sol (Belgique et Italie, 2020–2021) ont confirmé les performances de l'instrument :

Résolution : Le système atteint une résolution spatiale de $2,817''$ par pixel (résolution linéaire $\sim4085$ km à $1 R_\odot$ ), limitée par la taille du pixel dans le champ de vision non vignetté ( $>1,174 R_\odot$ ).
Lumière diffuse : Les modèles théoriques et les données de mise en service confirment que la lumière diffractée est deux ordres de grandeur plus faible que le signal coronal, validant la capacité de conception de l'instrument à observer la couronne interne.
Radiométrie : La sensibilité radiométrique a été mesurée sur tous les canaux, avec le biais et le courant d'obscurité caractérisés (biais $\sim2050$ DN, courant d'obscurité $\sim3,3$ DN/s).
Cadence opérationnelle : La cadence synoptique nominale est de 1 minute, avec la capacité de cadences plus élevées (jusqu'à 2 secondes) en utilisant des champs de vision réduits.

Principales contributions et objectifs scientifiques
ASPIICS est conçu pour combler la lacune d'observation entre les imageurs EUV et les coronagraphs classiques, permettant une couverture continue de $1,099 R_\odot$ à $3 R_\odot$ . L'article expose quatre objectifs scientifiques primaires :

Structure de la couronne quiescente : Étudier la nature de la couronne à différentes échelles, y compris la transition entre les lignes de champ magnétique fermées et ouvertes, et déterminer la configuration magnétique des streamers et des trous coronaux.
Chauffage coronal : Mesurer les propriétés des ondes (ondes d'Alfvén, fluctuations de densité) avec une cadence élevée pour déterminer leur contribution au chauffage coronal, particulièrement dans la couronne magnétiquement fermée.
Accélération du vent solaire : Étudier l'origine du vent solaire lent, incluant la reconnexion d'échange, les jets et la turbulence, en observant les dynamiques à petite échelle dans les régions sources du vent.
Initiation et évolution des CME : Fournir des observations à haute résolution et haute cadence de l'amorçage, de l'accélération et de la restructuration des CME dans la basse couronne ( $<3 R_\odot$ ). Cela inclut l'analyse de la structure tripartite des CME, des feuillets de courant et de la connexion entre les éruptions et les CME.

Signification
L'article affirme qu'ASPIICS représente une avancée significative dans la coronagraphie solaire spatiale. En exploitant la séparation unique de 144 mètres du vol en formation, il atteint un niveau de rejet de la lumière diffuse et un accès à la couronne interne ( $1,099 R_\odot$ ) auparavant inatteignables dans l'espace. Cette capacité permet, pour la première fois, l'observation continue de la dynamique des CME, de leur initiation près de la surface solaire jusqu'à leur phase d'accélération, comblant ainsi le fossé entre les observations EUV et en lumière blanche. L'instrument est destiné à fournir des données cruciales pour résoudre les problèmes fondamentaux concernant l'origine du vent solaire lent, les mécanismes physiques du chauffage coronal et l'initiation des CME et des chocs associés. La mission sert d'outil scientifique pour la physique solaire et de démonstrateur technologique pour le vol en formation précis.