Le Soleil fut l'un des premiers objectifs de l'astronomie spatiale. Dès 1959, plusieurs familles de sondes et satellites furent envoyées par les Etats-Unis et l'Union soviétique pour étudier les mécanismes de fonctionnement du Soleil. Les premières recherches sur la physique du Soleil et sur les rayons X émis par celui-ci ont été faites par le satellite Explorer 1, qui fut lancé en octobre 1959 par la NASA. Trois autres satellites de la série Explorer poursuivirent le travail, vite rejoints par les trois satellites européens ESRO-IIA, ESRO-IIB et Azur.
L'arrivée des satellites OSO (Orbiting Solar Observatory)
permit un effort plus important et davantage ciblé, puisqu'ils
furent construits dans le but d'étudier pour la première fois un
cycle solaire en entier. C'est ainsi qu'entre 1962 et 1975, huit
satellites de ce type furent placés sur une orbite autour de la Terre entre
500 et 600 km d'altitude. Et les résultats obtenus furent considérables,
avec par exemple la découverte de l'anomalie thermique de la couronne solaire.
Toujours au début des années 1960 et en parallèle avec le programme
OSO, la NASA décida de procéder à la construction d'une nouvelle classe de
véhicules spatiaux capables d'étudier le Soleil depuis une autre position que la
Terre. C'est pourquoi cinq sondes (Pioneer 5, 6, 7, 8 et 9) furent construites et
lancées sur une orbite héliocentrique. Les instruments à bord de ces sondes permirent
d'effectuer la première mesure de l'impact du Soleil sur le milieu environnant
et aussi de mettre en évidence l'existence du champ magnétique interplanétaire.
Comme les Etats-Unis et l'Europe, les Soviétiques s'intéressèrent à leur tour
au Soleil au cours des années 1960. A partir de 1967, ils mirent sur orbite
des satellites dédiés à l'étude du Soleil : Cosmos 159, 166, 230 et 484. Les
Soviétiques rejoignirent le cadre de l'organisation Intercosmos, basée en
Union soviétique mais ouverte aux collaborations avec d'autres pays. Dès 1969,
Intercosmos commença la mise en orbite de satellites dont l'objectif principal
était l'étude des rayonnements X et ultraviolets émis par le Soleil et l'évaluation
de leurs effets sur la haute atmosphère terrestre.
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Les années 1970 virent l'arrivée de deux grands observatoires
spatiaux du Soleil. Le premier, appelé Apollo Telescope Mount (ATM), installé
sur Skylab, qui était le premier laboratoire orbitale de la NASA. Le second,
nommée Orbital Solar Telescope (OST) était installé sur l'équivalent soviétique,
Saliout.
L'ATM pouvait enregistrer chaque observation sur une pellicule que les astronautes venaient récupérer et remplacer, ce qui était un grand avantage. Trois équipages de trois astronautes chacun occupèrent le laboratoire spatial entre 1973 et 1974, recueillant respectivement 30 242, 77 600 et 75 000 images en 466 heures d'observation. Ce qui a représenté une très grande quantité d'informations ayant nécessité des années de travail pour en faire l'analyse en détail.
A la différence du télescope américain, l'OST permettait d'étudier
l'activité solaire dans le domaine de rayonnements ultraviolets. Avant l'arrivée
des cosmonautes Gubareb et Grechko lancés avec la capsule Soyouz 17 le 10 juin 1975,
le système réussit à fonctionner deux semaines en étant commandé depuis la Terre.
Cependant, le télescope continua de souffrir d'une anomalie de pointage, contraignant
les cosmonautes à changer constamment la position du laboratoire orbital pour permettre
les observations. Grâce à l'OST, les Soviétiques collectèrent 600 images de diverses
régions du Soleil.
En décembre 1974 et juin 1976, la NASA mettait en orbite
héliocentrique deux sondes Hélios construites par les scientifiques
allemands dans le cadre d'une collaboration avec la RFA. En décembre 1974 et juin 1976,
la NASA mettait en orbite héliocentrique, en collaboration avec la RFA, deux sondes Hélios.
Ces dernières étaient identiques et devaient effectuer dix expériences chacune. Leurs principaux
objectifs étaient la mesure du vent solaire et des champs magnétiques dans l'espace interplanétaire,
l'étude des ondes radio et des oscillations d'électrons dans le plasma, la détection des rayons
cosmiques galactiques et solaires, l'analyse de la composition des poussières interplanétaires
et la surveillance des rayons X à la surface du disque solaire. Les deux engins spatiaux étaient
réalisées pour s'approcher à 0,3 unité astronomique (45 millions de kilomètres) du Soleil,
Hélios 2 s'aventura jusqu'à 43,4 millions de kilomètres.
La série de sondes envoyés par les soviétiques pour étudier le Soleil
au début des années 1970 s'appelait Prognoz. Le premier fut mis en orbite le 14 avril 1972.
Les grandes particularités de l'orbite choisie était son inclinaison sur l'équateur (65°) et
sa trajectoire, qui était une ellipse très allongée avec un apogée à 200 000 km de la Terre et un
périgée à seulement 900 km. Une telle orbite permet d'analyser l'effet du vent solaire dans une
vaste zone d'espace. Quatre groupes composaient les instruments de ces sondes. Le premier
mesurait les rayonnements électromagnétiques émis durant les éruptions de la chromosphère.
Le second groupe évaluait le flux de rayonnement solaire et des particules de haute énergie
émises dans le cosmos. Le troisième groupe étudiait le plasma du vent solaire à différentes
distances de la Terre. Le quatrième groupe comprenait un magnétomètre et des instruments de
mesure de rayonnements dans les bandes 1,6 à 8 kHz et 100 à 700 kHz.
Le Japon était parmi les pays intéressés par la recherche sur le Soleil durant la seconde moitié des années 1970. C'est ainsi que l'Institut des sciences astronautiques et de l'espace lança les satellites Tayio (satellite d'étude du rayonnement solaire et de la structure de la thermosphère) et Hinotori.
Tayio, qui signifie "Soleil", emportait des appareils scientifiques étudiant le
rayonnement X et l'ultraviolet extrême par le Soleil, ainsi que la température
des électrons et des ions et l'interaction entre le vent solaire et la
magnétosphère et la mésosphère. Ce satellite fut lancé le 24 février 1975 sur
une orbite elliptique inclinée de 32° par rapport à l'équateur, avec un
périgée à 260 km et un apogée à 3 140 kilomètres.
Hinotori, fut quant à lui lancé le 21 février 1981 et placé sur une orbite quasi
circulaire à environ 600 kilomètres. Il emportait huit instruments à bord
destiner à étudier les éruptions solaires et les flux de rayons X et gamma,
et à prendre des images du Soleil. Ces objectifs de recherche furent ensuite
élargis par le satellite Solar-A, mis en orbite le 30 août 1991. Celui-ci
emportait quatre instruments : deux japonais (un télescope pour les rayons X
durs et un spectromètre à large bande), un américain (un télescope pour les
rayons X mous) et un anglais (un spectromètre).
Deux grands programmes pour l'exploration du Soleil ont été fait
vers la fin des années 1970, l'un aux Etats-Unis et l'autre en Europe. Le 14
février 1980, l'observatoire spatial SMM (Solar Maximum Mission) fut lancé au
moment du maximum d'activité solaire afin d'étudier plus attentivement les phénomènes
les plus violents de l'astre tels que les éruptions. Ce satellite était équipé
de divers instruments comme des spectrographes. Malheureusement, dix mois après
son lancement, un élément du système de contrôle d'altitude défectueux interdit
au satellite de pointer dans les directions prévues, empêchant la poursuite de
la mission. Mais il fut repositionnés et réparés par des astronautes en avril
1984. C'est ainsi l'observatoire reprit son activité jusqu'au 2 décembre 1989.
Pendant ce temps de nouvelles connaissances du Soleil furent
acquises grâce à d'autres missions spatiales. Comme la granulation superficielle
du Soleil révélée par Spacelab 2. Cependant toute l'attention était sur la mission
de la sonde Ulysse que l'ESA avait mise au point pour étudier le voisinage et pour
la première fois les pôles du Soleil. Beaucoup de recherches furent effecutées avec
cette sonde car les instruments à bord de la sonde permettaient l'étude du champ
magnétique, du plasma et de la composition du vent solaire, la mesure des électrons
et ions de basse énergie, la composition des particules énergétiques et du gaz interstellaire,
les rayons cosmiques, ainsi que les ondes radio et les rayons X émis par l'astre.
La sonde Ulysse fut placée autour de la Terre par la navette Discovery
le 6 octobre 1990. La sonde se dirigea vers Jupiter qu'elle atteignit le 8 février 1992
à une distance de 378 000 km. Puis par une manœuvre complexe d'assistance gravitationnelle
exploitant l'action de la gravité de Jupiter, Ulysse inversa sa course pour retourner
vers le Soleil mais en quittant cette fois-ci le plan de l'écliptique (ce qui était une première).
C'est ainsi qu'Ulysse parvint en juin 1994 au pôle sud de l'astre, que la sonde survola
jusqu'en novembre. Se dirigeant, en orbite autour du Soleil, vers son pôle nord, elle
traversa le plan d'écliptique en mars 1995, puis explora ce pôle de juin à
septembre 1995. La mission fut poursuivit même si les objectifs étaient
atteints. Ulysse a ainsi survolé à nouveau le pôle sud de septembre 2000 à
janvier 2001 et le pôle nord solaire entre septembre et décembre 2001.
C'est en février 1996 que le Comité des programmes scientifiques de l'ESA
mit en place la dernière partie du programme Horizon 2000, c'est-à-dire la recherche de
la physique solaire et terrestre. Un accord de coopération fut signé entre l'ESA et la
NASA en novembre 1996 sur le projet STSP (Solar-Terrestrial Science Programme). Celui
comprenait deux missions : SoHO (Solar and Heliospheric Observatory) et Cluster. Cette
dernière mission prévoyait de lancer quatre satellites identiques mais situés en des points
différents de l'espace ; associée à ce programme, l'Académie des sciences russe devait
mettre en orbite deux des quatre satellites Cluster.
Cette coopération internationale avait pour ambition l'étude de l'origine et du transport du vent solaire, de ses interactions avec le champ magnétique terrestre et de la variabilité de ses effets subséquents sur l'atmosphère terrestre. SoHO, lancé le 2 décembre 1995, avait six instruments scientifiques effectuant douze types de recherches. Le 25 juin 1998, la sonde échappa à tout contrôle. Soho fut considéré comme perdu, mais, après une très délicate opération de recherche puis de lente reprise du contrôle du satellite, l'observatoire solaire reprit sa mission le 25 septembre 1998. Le satellite avait déjà collecté 2 millions d'images du Soleil et achevé sa durée de vie technique prévue lors de la perte de contrôle.
A la différence de la mission SoHO, la mission Cluster n'eut pas de chance : les quatre satellites furent victimes de la défaillance de Ariane 5 qui explosa lors de son premier vol commercial en juin 1996. En conséquence, l'ESA décidant de les reconstruire, fit appel pour leur lancement à deux fusées russes Semiorka qui emportèrent chacune deux sondes en juillet et août 2000. Avec le travail synchrone des satellites, une carte tridimensionnelle des principales caractéristiques de la magnétosphère et de ses variations spatiales et temporelles sous l'influence du vent solaire a pu être établie. De plus et en parallèle, les satellites effectuent des mesures du champ électrique et magnétique et de la composition ionique et électronique du plasma.
En plus des grands satellites et du fait de la proximité du maximum d'activité solaire, qui a atteint son sommet en 2000, énormément de satellites solaires de petites dimensions furent lancés. Ils étaient conçus et construits dans la seconde moitié des années 1990. Dans le cadre du programme international Solar-Terrestrial Physics, la NASA mit sur orbite les satellites Wind et Polar, le Japon le satellite Geotail, la Russie lançait Relict, l'Allemagne le satellite Equator-S. Ce dernier étudiait les relations Terre-Soleil tandis qu'il circulait sur une orbite elliptique très allongée de 63 700 km d'apogée pour un périgée de 500 km. A ces satellites s'en ajoutèrent rapidement d'autres. En avril 1998, la NASA lançait TRACE, destiné à comprendre les rapports entre les champs magnétiques de l'atmosphère solaire et la structure associée du plasma de l'astre par l'observation de la photosphère, de la région de transition et de la couronne.
En mars 2000, Image, un satellite américain, fut lancé et placé sur une orbite elliptique (apogée à 44 000 km et périgée à 1 000 km). Il avait pour objectif l'analyse des effets du Soleil sur le milieu cosmique et l'espace environnant notre planète. Pout étudier la façon dont la magnétosphère terrestre réagit aux fluctuations du vent solaire et aux flux d'énergie que convoie ce dernier, Image emportait sept instruments scientifiques.
Pour l'étude des rayons X et gamma émis par le Soleil, le Japon lancait en 1991
le satellite Yohkoh, qui embarquaient en plus des instruments américains et anglais. Sa mission
fut un grand succès. Plusieurs autres petits engins spatiaux rejoignirent le large éventail de
la recherche solaire pour en étudier des aspects spécifiques.
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