Le satellite “Parker Solar Probe” révèle les origines de la poussière interplanétaire

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Les scientifiques utilisant les données de Parker Solar Probe de la NASA ont rassemblé l’image la plus complète à ce jour de la structure interne et du comportement du grand nuage de poussière spatiale, connu sous le nom de nuage zodiacal, qui tourbillonne dans tout le système solaire. Ils ont trouvé trois populations de poussière dans le nuage. La plupart des grains sont lentement attirés vers le Soleil (alpha-météoroïdes); la deuxième population est générée lorsque les grains dans le nuage tourbillonnant entrent en collision, créant des fragments si petits qu’ils sont poussés hors du système solaire dans toutes les directions par la pression de la lumière du soleil (bêta-météoroïdes) ; et un troisième groupe, probablement créé lorsqu’un “tube” de débris cométaires entre en collision avec des grains des deux premières populations, qui sont dispersés en une forme de coin distincte.


Parker Solar Probe est dans la 10e des 24 orbites planifiées, progressivement plus proches du Soleil. Le vaisseau spatial, construit et exploité au Johns Hopkins Applied Physics Laboratory à Laurel, Maryland, a été lancé le 12 août 2018. © NASA/Johns Hopkins APL.


Qu’ont en commun les étoiles filantes et la sécurité des astronautes? Les deux proviennent des fragments de roche submicroscopiques trouvés dans tout le système solaire, parfois appelés poussière interplanétaire.

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Lorsque ces particules entrent en collision avec l’atmosphère terrestre, elles créent des météores, mieux connus sous le nom d’étoiles filantes, car les fragments (généralement) microscopiques se vaporisent et laissent des traînées enflammées dans l’air. Lorsqu’ils entrent en collision avec des astronautes, ils peuvent percer des trous dans les combinaisons spatiales – ou pire. Comprendre les sources et les modèles de cette poussière interplanétaire est donc très important pour la NASA, car elle prévoit des missions vers la Lune, Mars et au-delà.

Au cours de ses révolutions autour du soleil, le vaisseau spatial Parker Solar Probe, la mission se rapprochant plus du soleil que tout dans l’histoire de l’espace, est bombardé par ces particules de poussière. Lorsqu’ils s’écrasent sur le vaisseau spatial, les minuscules grains – certains aussi petits qu’un dix millième de millimètre de diamètre – se vaporisent et libèrent un nuage de particules chargées électriquement qui peuvent être détectées par FIELDS, une suite d’instruments conçus pour détecter les champs électriques et magnétiques .

Deux articles publiés cette semaine dans le Planetary Science Journal utilisent les données FIELDS pour examiner de près le «nuage zodiacal», le terme collectif désignant ces minuscules particules. “Chaque système solaire a un nuage zodiacal, et nous pouvons en fait explorer le nôtre et comprendre comment il fonctionne”, a déclaré Jamey Szalay, chercheur associé en sciences astrophysiques à Princeton et auteur principal de l’un des articles. “Comprendre l’évolution et la dynamique de notre nuage zodiacal nous permettra de mieux comprendre chaque observation zodiacale que nous avons vue autour de tout autre système solaire”.

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Le nuage zodiacal diffuse la lumière du soleil d’une manière qui peut être vue à l’œil nu, mais uniquement les nuits très sombres et claires, car le clair de lune ou la lumière des villes l’éclipsent facilement. Le plus épais près du soleil et le plus fin près des bords du système solaire, le nuage zodiacal semble lisse à l’œil nu, mais les longueurs d’onde infrarouges révèlent des traînées et des rubans brillants qui peuvent être retracés jusqu’à leurs sources : les comètes et les astéroïdes.

Avec les données des six premières orbites de Parker, ainsi que la modélisation informatique du mouvement des particules dans le système solaire interne, Jamey Szalay et ses collègues ont démêlé ces traînées et ces rubans pour révéler deux populations différentes de poussière dans le nuage zodiacal : les minuscules grains toujours aussi- une spirale lente vers le soleil sur des milliers à des millions d’années, connue sous le nom d’alpha-météoroïdes ; puis, à mesure que le nuage tourbillonnant se densifie, les grains les plus gros entrent en collision et créent des fragments de plus en plus petits appelés bêta-météoroïdes qui sont ensuite repoussés du soleil par la pression de la lumière du soleil.

Oui, la lumière du soleil

Et pas seulement un petit coup de coude non plus. “Lorsqu’un fragment devient suffisamment petit, la pression de rayonnement – la lumière solaire – est en fait suffisamment forte pour le souffler hors du système solaire”, a déclaré Jamey Szalay.

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“L’existence de ces grains minuscules a été signalée à plusieurs reprises à partir de mesures de poussière d’engins spatiaux dédiés dans la région entre la Terre et Mars, mais jamais dans le système solaire interne d’où ces particules étaient censées provenir”, a déclaré Harald Krüger, un expert de la poussière zodiacale avec le Max Planck Institute for Solar System Research et co-auteur de l’article de Jamey Szalay. “Ainsi, l’instrument FIELDS offre une nouvelle fenêtre pour étudier ces particules de poussière entraînées par la lumière solaire à proximité de leur région source”.

FIELDS a également détecté un flux étroit de particules qui semblaient être libérées par une source discrète, formant une structure délicate dans le nuage de poussière zodiacal. Pour comprendre cette troisième composante, Jamey Szalay est revenu aux origines de la poussière zodiacale : les comètes et les astéroïdes.

Les comètes, boules de neige remplies de poussière voyageant à travers notre système solaire sur de longues orbites elliptiques, éjectent de grandes quantités de poussière lorsqu’elles se rapprochent suffisamment du soleil pour commencer à vaporiser leur glace et leur glace sèche. Les astéroïdes, gros et petits rochers en orbite autour du soleil entre Mars et Jupiter, libèrent de la poussière lorsqu’ils entrent en collision les uns avec les autres. Certains de ces grains sont projetés dans n’importe quelle direction, mais la plupart sont piégés dans les orbites de leur corps parent, a expliqué Jamey Szalay, ce qui signifie qu’au cours de milliers d’orbites, la piste d’une comète ressemble plus à une route de gravier qu’à un chemin vide avec un orbe brillant et une traînée lumineuse. (Sur des millions d’orbites, les grains se disperseront au-delà de leur trajectoire orbitale, se fondant dans le nuage de fond zodiacal.)

Jamey Szalay appelle ces chemins parsemés de poussière des « tubes » de débris cométaires ou astéroïdes. “Si la Terre traverse ce tube à n’importe quel endroit, nous obtenons une pluie de météores”, a-t-il déclaré. Il a émis l’hypothèse que la sonde solaire Parker pourrait avoir traversé l’un d’entre eux. “Peut-être qu’il y a un tube dense que nous n’aurions tout simplement pas pu observer autrement que par Parker qui volait littéralement à travers et se faisait sablé par lui”, a-t-il déclaré.

Mais les tubes les plus proches du chemin de Parker ne semblaient pas avoir assez de matériel pour provoquer le pic de données. Alors Jamey Szalay a proposé une autre théorie. Peut-être que l’un de ces tubes météoroïdes – très probablement les Géminides, qui provoquent chaque année l’une des pluies de météores les plus intenses de la Terre – était en collision à grande vitesse contre le nuage zodiacal intérieur lui-même. Les impacts entre le tube et la poussière zodiacale pourraient produire de grandes quantités de bêta-météoroïdes qui ne décollent pas dans des directions aléatoires, mais se concentrent sur un ensemble étroit de chemins. “Nous avons appelé cela un “flux bêta”, qui est une nouvelle contribution dans le domaine”, a déclaré Jamey Szalay. “Ces flux bêta devraient être un processus physique fondamental sur tous les disques planétaires circumstellaires”.

“L’un des aspects importants de cet article est le fait que Parker Solar Probe est le premier vaisseau spatial qui atteint si près du Soleil qu’il pénètre dans les régions où les collisions mutuelles de particules sont les plus fréquentes”, a déclaré Petr Pokorný, un modélisateur de nuages ​​zodiacaux avec la NASA et l’Université catholique d’Amérique, qui était co-auteur de l’article de Jamey Szalay. “Les collisions mutuelles de particules sont importantes non seulement dans notre système solaire, mais dans tous les systèmes exosolaires. Cet article donne à la communauté des mannequins un aperçu unique de ce territoire jusque-là inexploré”. “Parker a essentiellement connu sa propre pluie de météores”, a ajouté Jamey Szalay. “Soit il a traversé l’un de ces tubes de matériau, soit il a traversé un flux bêta”.

Le ruisseau a également été repéré par Anna Pusack, alors étudiante de premier cycle à l’Université du Colorado-Boulder. “J’ai vu cette forme en forme de coin dans mes données, et mon conseiller, David Malaspina, m’a suggéré de présenter le travail à Jamey”, a-t-elle déclaré. “La forme en coin semblait indiquer une forte pulvérisation, ou ce que Jamey a appelé un flux bêta dans ses nouveaux modèles, de petites particules frappant le vaisseau spatial de manière très dirigée. C’était incroyable pour moi, de relier les données que j’avais analysées à des travaux théoriques effectués à l’autre bout du pays. Pour un jeune scientifique, cela a vraiment suscité toute l’excitation et les possibilités qui peuvent découler d’un travail collaboratif”.

Pusack est l’auteur principal de l’article publié conjointement avec celui de Jamey Szalay. “Ces papiers vont vraiment de pair”, a-t-elle déclaré. “Les données soutiennent les modèles, et les modèles aident à expliquer les données”.

“Il s’agit d’une contribution considérable à notre compréhension du nuage zodiacal, de l’environnement de poussière proche du soleil plus largement et des risques de poussière pour la mission Parker Solar Probe de la NASA”, a déclaré David McComas, professeur de sciences astrophysiques à Princeton et vice-président président du Princeton Plasma Physics Laboratory, qui est le chercheur principal d’ISʘIS, un autre instrument à bord de Parker Solar Probe, et de la prochaine mission Interstellar Mapping and Acceleration Probe (IMAP).

Pour plus d’informations, voir les articles publiés dans le cadre de cette recherche :

1. “Collisional Evolution of the Inner Zodiacal Cloud” by J.R. Szalay, P. Pokorný, D.M. Malaspina, A. Pusack, S.D. Bale, K. Battams, L.C. Gasque, K. Goetz, H. Krüger, D.J. McComas, N.A. Schwadron, and P. Strub, was published Sept. 9 by Planetary Science Journal (DOI: 10.3847/PSJ/abf928). The research was supported by NASA (NNN06AA01C, 80NSSC21K0153) and the European Space Acency (4000106316/12/NL/AF – IMEX).

2. “Dust Directionality and an Anomalous Interplanetary Dust Population Detected by the Parker Solar Probe” by A. Pusack, D.M. Malaspina, J.R. Szalay, S.D. Bale, K. Goetz, R.J. MacDowall, and M. Pulupa, was published Sept. 9 by Planetary Science Journal (DOI: 10.3847/PSJ/ac0bb9). The FIELDS experiment on the Parker Solar Probe spacecraft was designed and developed under NASA contract NNN06AA01C.

Pour les mises à jour de la mission “Parker Solar Probe”, veuillez visiter la page Parker Solar Probe de la NASA

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