De nouveaux outils de prévision pour les évènements à particules solaires
HESPERIA (High Energy Solar Particle Events foRecastIng and Analysis) avait trois objectifs essentiels: concevoir de nouveaux outils de prévision basés sur les modèles empiriques de prévision UMASEP et REleASE; améliorer les connaissances scientifiques sur les mécanismes physiques conduisant aux SEP; et explorer la possibilité d'intégrer ses résultats dans les futurs services de météorologie spatiale. «La prévision des tempêtes radioactives de particules solaires, à savoir les évènements SEP, présente un intérêt pour l'exploitation et le lancement des engins spatiaux, ainsi que pour l'évaluation des conditions de propagation des ondes radio dans l'ionosphère polaire de la Terre», souligne le docteur Olga Malandraki, chercheuse principale à l'Observatoire national d'Athènes et coordinatrice du projet. Non seulement de meilleures prévisions des SEP amélioreront la sécurité des futures missions d'exploration spatiale, mais elles aideront également les compagnies aériennes à éviter l'exposition aux radiations qui en résultent. Avant le lancement d'HESPERIA en 2015, la communauté scientifique avait besoin de nouveaux services capables de prévoir beaucoup plus précisément les tempêtes de particules solaires. Le projet a satisfait cette demande avec des outils de prévision des SEP fournissant en temps réel des prévisions précises d'importants évènements SEP dans la gamme d'énergie 30-50 MeV et au-dessus des protons de 500 MeV. Pour cela, l'équipe du Dr Malandraki a conçu de nouveaux outils, HESPERIA UMASEP-500 et HESPERIA REleASE, respectivement basés sur les modèles empiriques de prévision UMASEP et REleASE, dont le haut niveau de performance est largement reconnu par la communauté scientifique. Pour prévoir les SEP, le premier modèle utilise des signatures précoces dans l'activité solaire, alors que le second s'intéresse aux particules plus rapides qui ont tendance à atteindre les engins spatiaux plus tôt que prévu. HESPERIA UMASEP-500 réalise des prévisions en temps réel de l'occurrence d'évènements GLE à partir de l'analyse de rayons X mous et du flux protonique différentiel mesuré par le réseau de satellites GOES. «La principale innovation est que notre outil effectue des prévisions de SEP en se basant sur des données sur les protons fournies par des engins spatiaux. Il est ainsi en mesure de prévoir les évènements de GLE (Ground level enhancement) plus tôt que les modèles de prévision existants, qui se basent sur les mesures au sol de détecteurs de neutrons», déclare le Dr Malandraki. Par rapport aux outils existants, HESPERIA REleASE réduit d'autre part les taux de fausses alertes et améliore les probabilités de détection de protons énergétiques entre 30 et 50 MeV. Il utilise pour cela comme précurseurs des électrons quasi-relativistes et relativistes des engins spatiaux ACE et SoHO. Les deux outils sont disponibles à partir du site web du projet. Mieux comprendre les mécanismes relatifs aux SEP Au-delà de ses outils de prévision, HESPERIA apporte également des informations importantes sur les mécanismes physiques à l'œuvre dans les SEP, et en particulier l'occurrence fréquente et quelques fois de longue durée d'évènements à rayons gamma à des énergies photoniques supérieures à 100 MeV, ainsi que les relations entre l'occurrence de protons «interplanétaires» (IP) sur Terre et les protons du Soleil. «Une découverte importante a été que les évènements à rayons gamma de longue durée s'accompagnent d'une bouffée de longue durée de rayons X mous et de la formation de boucles coronaires à la suite d'éjections de masse coronale (EMC)», déclare le Dr Malandraki au sujet de l'analyse par le projet d'évènements à rayons gamma supérieurs à 100 MeV, ce qui représente actuellement un problème pour comprendre les processus d'accélération des particules sur le Soleil, qui conduisent à l'occurrence de SEP à 1 UA. «Il s'est d'autre part avéré que les évènements à rayons gamma de longue durée s'accompagnent de bouffées radio de type II et d'ondes plus longues, qui sont produites par les électrons accélérés par les ondes de choc dans la haute couronne et le milieu interplanétaire.» En ce qui concerne l'occurrence de protons IP et solaires, le consortium a en particulier établi que le relativement petit nombre de protons >500 MeV produits par les éruptions solaires brusques fait qu'il est peu probable que ces dernières constituent un contributeur important à la population de protons IP. «D'un autre côté, le nombre de protons >500 MeV trouvés dans les émissions prolongées rend extrêmement plausible le fait qu'ils proviennent de la population IP, plus probablement via le réservoir SEP émergent qui se forme en aval du choc produit par l'EMC. Une conclusion directe est que le choc dû à l'EMC est la principale source de protons énergétiques solaires à la fois sur le Soleil et dans l'espace interplanétaire et ce même pour des énergies supérieures à 500 MeV», explique le Dr Malandraki. Le milieu de la météorologie spatiale, y compris les opérateurs de lancement, l'aviation civile et les entreprises d'exploitation de satellites, a déjà manifesté un «grand intérêt» pour les outils d'HESPERIA, selon le Dr Malandraki. Dans un avenir proche, elle espère que le projet sera utile au programme Space Situational Awareness de l'ESA, et que le Community Coordinated Modeling Center, qui vise à réunir la nouvelle génération de modèles de météorologie spatiale, exploitera les résultats du projet.
Mots‑clés
HESPERIA, évènements à particules solaires, particule solaire, UMASEP, REleASE, météorologie spatiale, engin spatial, exploration spatiale, radiations, activité solaire, ground level enhancement, prévision, éjection de masse coronale
