Towards understanding the early kinematics of coronal mass ejections: Proba-3/ASPIICS observations of the 21 September 2025 event

Le Soleil est une étoile agitée, perdant constamment un flux de particules chargées connu sous le nom de vent solaire. Occasionnellement, ce flux est interrompu par des éruptions massives et violentes appelées éjections de masse coronale. Ces événements projettent des milliards de tonnes de plasma magnétisé depuis la surface solaire dans l'espace, voyageant à des vitesses pouvant atteindre des centaines de kilomètres par seconde. Lorsqu'une telle éruption est dirigée vers la Terre, elle peut interagir avec le champ magnétique de notre planète, créant des aurores spectaculaires mais posant également des risques pour les satellites, les réseaux électriques et les systèmes de communication. Pendant des décennies, les scientifiques ont compris que ces éruptions commencent par une montée lente et calme de matière, suivie d'une accélération soudaine et violente. Cependant, une pièce cruciale du puzzle est restée manquante : le moment exact où la montée lente se transforme en une explosion rapide. Cette transition se produit dans la région interne de l'atmosphère solaire, une zone qui a été difficile à observer clairement car elle se situe dans un angle mort entre les instruments qui voient la surface solaire et ceux qui surveillent la couronne lointaine.

Une nouvelle étude publiée par une équipe de chercheurs de l'Observatoire royal de Belgique et de partenaires internationaux a enfin comblé cette lacune. En utilisant un instrument spécialisé à bord de la mission Proba-3 de l'Agence spatiale européenne, l'équipe a capturé une vue continue et en haute définition d'une éjection de masse coronale alors qu'elle entrait en éruption le 21 septembre 2025. L'événement a commencé par une protubérance calme, une boucle de gaz frais et dense suspendue dans l'atmosphère du Soleil, qui a commencé à monter lentement. À mesure qu'elle montait, la structure a commencé à se tordre et à se déstabiliser. Les nouvelles observations ont permis aux scientifiques de suivre cette éruption depuis ses tout premiers mouvements, juste au-dessus de la surface solaire, jusqu'à la couronne moyenne, sans perdre sa trace. En assemblant les données de ce nouvel instrument avec les observations plus anciennes d'autres engins spatiaux, les chercheurs ont pu construire une chronologie complète de la vitesse et de l'accélération de l'éruption, révélant exactement comment l'événement est passé d'une dérive lente à un projectile à grande vitesse.

La clé de ce succès a été un instrument appelé ASPIICS, qui utilise une conception unique pour bloquer la lumière aveuglante de la surface du Soleil. Contrairement aux télescopes précédents qui devaient compter sur des masques internes ou ne pouvaient voir la couronne qu'à de grandes distances, ASPIICS utilise un vaisseau spatial séparé volant en formation pour agir comme un pare-soleil externe. Cette configuration crée une vue sombre et claire de l'atmosphère solaire commençant juste au-dessus de la surface et s'étendant jusqu'à trois fois le rayon du Soleil. C'est précisément dans cette région que la physique d'une éruption change le plus radicalement, pourtant elle était auparavant une zone d'incertitude. Les chercheurs se sont concentrés sur une éruption qui s'est produite au-dessus du bord sud-ouest du Soleil. Ils ont observé une protubérance calme, qui apparaissait comme une structure brillante et tordue, commencer à s'élever. Pendant un certain temps, la montée fut lente et régulière, puis la structure a soudainement bondi vers l'avant.

L'équipe a mesuré la distance parcourue par l'éruption au fil du temps, créant une carte détaillée de son mouvement. Ils ont constaté que l'éruption suivait un schéma distinct : un démarrage lent, suivi d'une accélération brusque et impulsive. Le cœur de l'éruption, qui était le matériau original de la protubérance, a commencé à monter en premier. En se déplaçant, il a poussé contre l'atmosphère solaire environnante, accumulant du plasma à son front pour former un bord de tête brillant. Ce bord de tête est apparu plus tard que le cœur, mais a rapidement rattrapé sa vitesse. Les données ont montré que le cœur a atteint une vitesse d'environ 400 kilomètres par seconde, tandis que le bord de tête a accéléré à environ 450 kilomètres par seconde dans la couronne interne. L'accélération n'était pas une augmentation douce ; c'était une poussée rapide et non linéaire qui indiquait une libération soudaine d'énergie magnétique.

Pour s'assurer que ces mesures étaient précises et non déformées par l'angle sous lequel elles étaient vues, les chercheurs ont combiné les nouvelles données avec les observations de trois autres engins spatiaux positionnés à différents endroits du système solaire. En observant le même événement sous plusieurs angles, ils ont pu reconstruire l'éruption en trois dimensions. Cette analyse a confirmé que l'éruption s'étendait de manière auto-similaire, ce qui signifie qu'elle conservait la même forme en grandissant. La reconstruction tridimensionnelle a révélé que l'éruption voyageait à une vitesse réelle d'environ 515 kilomètres par seconde lorsqu'elle atteignait une distance de quatre rayons solaires. Comme l'éruption s'est produite près du bord du Soleil tel qu'observé depuis la Terre, l'angle de vue était favorable, et les mesures de vitesse et de distance étaient très proches des valeurs réelles, ne nécessitant que des corrections mineures.

L'étude a également comparé les nouvelles données à haute résolution avec d'anciens modèles de comportement de ces éruptions. Les chercheurs ont découvert que le mouvement de l'éruption pouvait être décrit par une courbe mathématique lisse qui rend compte d'un démarrage lent, d'une poussée d'accélération et d'une stabilisation finale à une vitesse constante. Cette courbe correspondait parfaitement aux observations, suggérant que les forces pilotant l'éruption et la résistance du vent solaire sont bien comprises. Le bord de tête et le cœur de l'éruption ont accéléré presque simultanément, atteignant leurs vitesses de pointe presque au même moment. Cette découverte remet en question l'idée selon laquelle le bord de tête et le cœur pourraient se comporter comme des entités entièrement distinctes ; au contraire, ils semblent faire partie d'une structure unique et cohérente qui répond ensemble aux forces magnétiques en jeu.

L'un des résultats les plus significatifs de cette recherche est la démonstration que l'écart de longue date dans l'observation solaire a été comblé. Pendant des années, les scientifiques ont dû deviner ce qui se passait entre la surface du Soleil et le début de la couronne externe, s'appuyant souvent sur des instruments séparés qui ne pouvaient pas observer le même objet au même moment. Le suivi continu fourni par la mission Proba-3 montre qu'il est possible de suivre une seule éruption de sa naissance à sa maturité sans interruption. Les données confirment que la transition d'une montée lente à une explosion rapide est un processus rapide et violent qui se produit dans la couronne interne. Les chercheurs suggèrent que cet événement spécifique, avec sa progression claire d'une protubérance calme vers un nuage de plasma à grande vitesse, représente un exemple type de la manière dont ces éruptions fonctionnent.

La capacité de mesurer ces vitesses et ces accélérations avec une telle précision ouvre la voie à de meilleures prédictions de la météo spatiale. En comprenant exactement à quelle vitesse une éruption accélère et dans quelle direction elle voyage, les scientifiques peuvent améliorer leurs modèles de la façon dont ces nuages de plasma interagiront avec la Terre. L'étude ne prétend pas avoir résolu tous les mystères des éruptions solaires, mais elle fournit une base solide et mesurée pour les travaux futurs. Les chercheurs notent que si cet événement unique offre une image claire, l'étude d'un plus grand nombre d'éruptions sera nécessaire pour déterminer si ce comportement est universel ou si différents types d'éruptions suivent des règles différentes. Pour l'instant, la vue continue et en haute définition de l'événement de 2025 constitue un enregistrement définitif d'une éjection de masse coronale dans ses moments les plus précoces et les plus critiques, transformant un ancien angle mort en une fenêtre de compréhension claire.