Amélioration des prévisions de flux de particules énergétiques solaires

Physique spatiale
De fortes éruptions solaires peuvent accélérer des particules telles que les électrons, les protons et les ions plus lourds à des énergies élevées. Ces particules pourraient causer des perturbations dans les systèmes électroniques à bord des satellites ainsi que des problèmes de santé pour les astronautes et même pour les équipages et les passagers de vols polaires. Le projet SAWS-ASPECS fournit des alertes en suivant l'évolution des régions actives et des éruptions sur le Soleil. Le projet DENSER a récemment commencé à étudier comment utiliser des techniques de « Machine Learning » pour améliorer ces prédictions qui posent encore de nombreux défis.

Particules d'énergie solaire

Les éruptions solaires et les éjections de masse coronale résultent de la libération soudaine d'énergie magnétique accumulée dans les régions actives à proximité des taches solaires. Ces éruptions spectaculaires peuvent accélérer des particules telles que des électrons, des protons et des ions plus lourds à des énergies élevées.

Les particules d'énergie solaire s'échappent dans l'espace interplanétaire en suivant le champ magnétique inhérent au vent solaire. Les augmentations soudaines des flux de particules observées près de la Terre peuvent durer plusieurs jours, voire plusieurs semaines.

Le champ magnétique terrestre dévie la plupart de ces particules et les autres sont principalement absorbées dans l’atmosphère. Il demeure toutefois une préoccupation pour les itinéraires de vol polaires. En effet, les particules peuvent pénétrer plus facilement dans les régions polaires. Elles peuvent alors endommager l'avionique, perturber les communications et entraîner une augmentation de la dose de rayonnement absorbée par l’équipage et les passagers. Les satellites, les engins spatiaux et les astronautes sont moins protégés par les boucliers naturels de la Terre. Une plus grande vigilance est requise lorsque de telles éruptions sont prévues.

SAWS-ASPECS

Le système Advanced Solar Particle Events Casting System (ASPECS) est un outil développé dans le cadre de l'activité SEP Advanced Warning System (SAWS) de l'ESA. Le consortium, dirigé par l'Observatoire national d'Athènes, a développé deux types de modes de prévision pour déterminer les profils temporels de flux de protons estimés pour les énergies supérieures à 10 MeV et supérieur à 300 MeV.

 

Le mode de prévision analyse les propriétés magnétiques de toutes les régions actives présentes sur le disque solaire et fournit la probabilité que des éruptions et des événements de protons se produisent jusqu'à 72 heures à l'avance. Le mode « Nowcast » fournit des prévisions à plus court terme suite à l'observation des éruptions solaires et des éjections de masse coronale. L’IASB est responsable de l'exécution d'une validation approfondie afin de déterminer l'exactitude des prévisions.

DENSER

L'objectif principal du projet ESA DEeply uNderstanding Space weathER (DENSER), dirigé par Space Applications Services SA, est d'étudier comment les prévisions météorologiques spatiales peuvent bénéficier des techniques de « Machine Learning » et de fournir des lignes directrices pour les développements futurs.

L’IASB a coordonné une analyse approfondie d’une documentation abondante comptant plus de 100 publications décrivant les modèles de prévision météorologique spatiale existants. L'équipe «Météo spatiale» a développé des techniques de traitement et d’affinage des mesures de rayons X solaires et de flux de protons qui serviront d'entrée pour un modèle de prédiction de flux de protons

Coronal mass ejection (CME) movie
Ce film montre des images enregistrées par l'instrument SOHO / LASCO pendant la même période que ci-dessus en observant la couronne externe du Soleil. L'éjection de masse coronale peut être observée se déplaçant vers la droite à peu près au même moment que la forte éruption de classe X se produit. Quelques instants plus tard, les protons solaires traversent la caméra, provoquant des perturbations importantes.

 

Mesures des flux de rayons X solaires et de protons
Mesures des flux de rayons X solaires (en haut) et de protons (en bas) pendant 5 jours en septembre 2017. La forte éruption d’intensité X8.2 survenue dans l'après-midi du 10 septembre a été suivie d'une augmentation soudaine des flux de protons énergétiques et les niveaux de rayonnement sont restés élevés pendant plusieurs jours.