ORFEES

ORFEES est une antenne de 5m de diamètre, couplée à un spectrographe. Cet instrument observe le Soleil sans résolution spatiale, mais en établissant, avec une cadence de 0,1 s, l’évolution du flux en fonction de la fréquence d’observation. Il a été développé en coopération avec l’Armée de l’Air et son centre expérimental de météorologie de l’espace FEDOME. ORFEES est le sigle de “Observations radio pour FEDOME et l’étude des éruptions solaires”. Son but est d’observer les phénomènes éruptifs solaires pour la recherche et pour les applications en météorologie de l’espace.
Ce radiospectrographe observe quotidiennement la couronne solaire entre 144 MHz et 1 GHz.

Domaine de fréquences : 144 à 1000 MHz

Contact scientifique : L. Klein
Contact technique : G. Auxepaules

L’emploi scientifique d’ORFEES est étroitement associé à celui du Radiohéliographe. Tandis que le Radiohéliographe cartographie la couronne à certaines fréquences, ORFEES balaie l’ensemble des fréquences de sa gamme. Le comportement des sursauts radio solaires en fonction de la fréquence est une caractéristique clef qui permet d’identifier la nature de la source. On distingue ainsi les faisceaux d’électrons, les ondes de choc, les électrons piégés dans des champs magnétiques. Cette identification n’est pas possible par les seules observations du Radiohéliographe. La spectrographie donne aussi une information rapide sur les processus dans la couronne qui peuvent perturber l’environnement spatial de la Terre. Pour cette raison, ORFEES est aussi un instrument important pour la météorologie de l’espace.

Deux types de perturbations sont particulièrement importants pour la météorologie de l’espace :

Les particules de haute énergie accélérées sporadiquement dans la couronne solaire, notamment les protons, peuvent affecter le fonctionnement de satellites, la propagation d’ondes radio dans l’ionosphère terrestre, la santé des astronautes.

Si elles atteignent la Terre, ces particules augmentent l’état d’ionisation de l’ionosphère et perturbent les communications par ondes hertziennes, en particulier dans les régions polaires où les particules pénètrent le plus facilement.

Pour plus d’informations sur l’impact sur la Terre des particules de haute énergie : http://www.nmdb.eu/public_outreach/fr/03/ et sur la technologie et la santé : http://www.nmdb.eu/public_outreach/fr/05/.

Les éjections de masse peuvent engendrer, si elles atteignent la Terre, des perturbations majeures du champ magnétique (« orages magnétiques ») qui occasionnent, eux aussi, l’accélération de particules et des effets secondaires comme le chauffage et l’ionisation additionnels de l’atmosphère, provoquant des perturbations des communications et les moyens de navigations par GPS.
Les changements du champ magnétique peuvent induire des courants électriques au sol dans les régions exposées aux hautes latitudes.

https://lesia.obspm.fr/-Meteorologie-de-l-Espace-.html

Etant donnés les effets dommageables et le caractère sporadique de ces perturbations, on tente de développer des stratégies d’alerte et de prévision. La prévision d’événements solaires comprend deux aspects distincts :

– la prévision à court terme qui, à partir de l’observation d’une perturbation au Soleil prévoit des effets sur la Terre ou l’absence de tels effets ;
– la prévision à long terme qui, à partir de l’observation du Soleil, identifie des indicateurs de la probabilité qu’un phénomène solaire va intervenir ou non.

Nous nous intéressons, dans le cadre du projet ORFEES, à la prévision à court terme utilisant la radioastronomie pour identifier et – à l’aide des observations du Radiohéliographe – localiser les phénomènes solaires.

C’est certes plus simple que la prévision à long terme, mais toujours une activité qui mêle recherche et applications.

A quoi sert la radioastronomie dans ce contexte ?

Les ondes électromagnétiques sont les messagers les plus rapides des événements solaires.

Elles mettent environ 8 minutes pour atteindre la Terre.

Les ondes radioélectriques ont l’intérêt particulier d’être émises dans la couronne, où les perturbations prennent leur origine, et d’être révélatrices de celles qui peuvent affecter la Terre : ondes de choc, particules de haute énergie, éjections de masse et de structures magnétiques.

Quelle durée de préavis ?

La durée du préavis que donne l’observation radio dépend de la rapidité de la perturbation :

– si elle indique l’accélération de protons et ions lourds à de hautes énergies, la durée de préavis est le temps de parcours de ces particules dans l’espace interplanétaire. Ce temps se situe, pour les particules qui sont suffisamment nombreuses pour pouvoir causer des dommages, entre une dizaine de minutes et quelques heures.
– si la perturbation est une éjection de masse ou une onde de choc, la vitesse est moindre, et la durée du parcours interplanétaire plus longue que pour les particules de haute énergie. Une éjection de masse rapide (1000-2000 km/s) met entre 0,9 et 1,8 jours pour parvenir à la Terre.

Les sursauts de type III sont émis par des faisceaux d’électrons qui se propagent de la basse vers la haute couronne (et l’espace interplanétaire). L’observation d’un tel sursaut nous indique que des électrons, donc aussi des protons et ions, peuvent s’échapper des régions d’accélération dans la basse couronne.

La spectrographie permet d’identifier le type du sursaut: une émission de courte durée (quelques secondes) qui se déplace des hautes vers les basses fréquences au cours du temps.

L’imagerie localise les sources et permet de tracer la propagation des électrons vers la haute couronne.
Les sursauts de type III sont très fréquents et n’indiquent dans la large majorité des cas pas d’événement menaçant. L’absence d’un sursaut de type III lors d’une éruption forte en rayons X peut en revanche indiquer que malgré l’éruption importante des particules de haute énergie ne menacent pas la Terre, parce qu’elles ne s’échappent pas du Soleil.

Les sursauts de type II (ondes de choc) révèlent des perturbations qui se propagent à des vitesses de l’ordre de 1000 km/s.

Ces perturbations accélèrent des électrons qui émettent des ondes radio caractéristiques : alors que la perturbation progresse de la basse vers la haute couronne, les ondes sont émises à des fréquences décroissantes, donnant la trace caractéristique d’une émission qui dérive des hautes vers les basses fréquences – tout comme les sursauts de type III, mais avec une vitesse de dérive inférieure, parce que l’onde de choc est plus lente que les faisceaux d’électrons.

Les grandes éjections de masse sont souvent associées à une émission radio intense, de longue durée (dix à plusieurs dizaines de minutes) venant des régions dans la couronne où l’éjection prend son origine, et observée dans une large bande spectrale (sursaut de type IV). Ces sursauts sont plutôt rares. De nombreux travaux ont montré qu’ils accompagnent des événements solaires lors desquels des particules sont accélérées à de hautes énergies. Le spectre de ces sursauts nous avertit donc que des particules et éjections sont produites, alors que la localisation des sources radio nous permet d’évaluer si ces perturbations peuvent atteindre la Terre.