L’Observatoire solaire et héliosphérique, en anglais , en abrégé SoHO, est un observatoire solaire spatial placé en orbite autour du Soleil. Son objectif principal est l'étude de la structure du Soleil depuis son noyau central jusqu'à la couronne solaire et des processus produisant le vent solaire. Pour mener à bien sa mission, le satellite SoHO, dont la masse atteint , emporte permettant d'effectuer des observations à la fois in situ et à distance. Le cout de développement de cette mission lourde s'élève à environ 1 milliard d'euros.

La mission SoHO est sélectionnée en 1984 dans le cadre du programme scientifique de l'Agence spatiale européenne. La NASA participe au développement et à la gestion opérationnelle de la mission à hauteur d'un tiers du coût total. L'observatoire solaire est lancé dans l'espace en 1995 par une fusée américaine Atlas II et est placé sur une orbite autour du à environ 1,5 million km de la Terre. La mission, d'une durée initiale de deux ans, est prolongée à plusieurs reprises. En elle fête son depuis le lancement, alors que le satellite avait été conçu pour quatre années d'activité. Il est prévu que l'observatoire solaire cesse de fonctionner en pour faire place à une nouvelle génération d'observatoires spatiaux solaires.

SoHO a permis des découvertes fondamentales sur la structure interne du Soleil, son atmosphère chaude et dynamique et sur les interactions entre le vent solaire et le milieu interstellaire. Parmi les données recueillies les plus notables figurent les premières images de la zone de convection et de la structure des taches solaires sous la surface, des mesures extrêmement précises et détaillées des températures au sein de sa structure, de la rotation interne et de la circulation des flux de gaz à l'intérieur du Soleil, des mesures de l'accélération du vent solaire lent et rapide, l'identification des régions d'origine et des mécanismes d'accélération du vent solaire au niveau des pôles du Soleil ainsi que la découverte de nouveaux phénomènes liés à la dynamique solaire comme les ondes de la couronne solaire et les tornades solaires. SoHO a révolutionné les prévisions météorologiques spatiales en annonçant les perturbations de l'environnement spatial terrestre créées par l'activité solaire trois jours à l'avance et en jouant un rôle clé dans le système d'alerte précoce de ces événements. L'observatoire solaire a fourni tout au long de sa vie opérationnelle des mesures de l'irradiance solaire (constante solaire) ainsi que des flux de rayonnement ultraviolet lointain, deux informations importantes pour comprendre l'impact du Soleil sur la variabilité du climat de la Terre. Par ailleurs SoHO est l'observatoire ayant découvert le plus grand nombre de comètes (2000 à la date de ).

Contexte

À la fin des et au début des , les spécialistes de la physique du Soleil en Europe et aux États-Unis cherchent à capitaliser sur les résultats des observatoires spatiaux solaires OSO-8 et (ATM était l'observatoire solaire embarqué à bord de la station spatiale de la NASA Skylab). Ils travaillent à la mise au point du projet GRIST () qui devait initialement être embarqué à bord de Skylab. À la suite de l'abandon du projet GRIST (Grazing Incidence Solar Telescope), la mission SoHO est proposée en pour répondre à un appel à propositions lancé par l'Agence spatiale européenne. Les scientifiques disposent depuis peu d'une mesure des vitesses dans la couronne solaire et ils se proposent d'étudier, grâce à des spectromètres embarqués à bord de ce satellite, les processus à l’œuvre dans la haute atmosphère solaire. Un autre type d'observatoire spatial solaire est à l'époque en cours d'étude à l'Agence spatiale européenne (ESA) : DISCO doit être le premier satellite consacré à la science toute neuve de l'héliosismologie c'est-à-dire à l'étude de la propagation du son à l'intérieur du Soleil. Mais début 1983, ce projet est annulé et l'équipe du projet SoHO décide d'intégrer l'héliosismologie dans les objectifs de leur satellite. SoHO doit être placé sur une orbite de halo autour du du système Soleil-Terre ce qui permettait à la fois une étude du vent solaire sans interférence avec la magnétosphère terrestre et une observation continue du Soleil.

Un groupe de travail réunissant des scientifiques et des représentants de l'ESA, l'ISAS (l'agence spatiale scientifique japonaise) et la NASA étudie entre 1983 et 1985 les nombreux types de mission envisageables pour des études de la physique Terre-Soleil. Le résultat de ces travaux est une série de missions cohérentes regroupées dans un programme baptisé (ISTP). Cet ensemble de missions devait permettre d'effectuer des études comparatives des principaux processus à l’œuvre dans le Soleil, la magnétosphère et de l'espace interplanétaire. L'ESA contribue à ISTP (International Solar-Terrestrial Physics) à travers deux missions : SoHO et Cluster qui est une constellation de chargés de réaliser une cartographie en trois dimensions de la magnétosphère terrestre. L'étude des relations entre la Terre et le Soleil est également le thème scientifique principal retenu par l' (IACG) qui regroupe un ensemble plus large d'agences spatiales incluant notamment l'institut scientifique spatial russe IKI. Le programme ISTP (International Solar-Terrestrial Physics) est porté par la suite par l'IACG (Inter-Agency Consultative Group)..

Objectifs

SoHO a pour objectif de répondre à trois interrogations fondamentales dans le domaine de la physique du Soleil. : quel est le rôle de la couronne solaire et par quel processus est-elle chauffée ? où et comment le vent solaire est-il accéléré ? quelle est la structure interne du Soleil ?

Développement du projet vignette|SoHO en cours d'assemblage.|alt= vignette|SoHO à Cap Canaveral peu avant son lancement.|alt=

L'ensemble formé par SoHO et Cluster est sélectionné en 1984 dans le cadre du programme scientifique de l'Agence spatiale européenne. Il s'agit d'une des quatre « pierres angulaires » (missions principales) du programme. Le satellite est réalisé par un consortium d'entreprises européennes menées par la société Matra Marconi. La plateforme (bus) avec ses panneaux solaires, sa propulsion, les systèmes de contrôle d'attitude et de télécommunications sont fournies par l'établissement de Toulouse tandis que le support de la charge utile est assemblée à Portsmouth}. Les instruments scientifiques sont développés par des laboratoires scientifiques européens et américains. La NASA finance un tiers de la mission en fournissant certains équipements (enregistreurs sur bande magnétique, amplificateurs pour le système de télécommunications, viseurs d'étoiles), plusieurs instruments scientifiques, le lanceur ainsi que le centre de contrôle.

Déroulement de la mission vignette|Lancement de SoHO le 2 décembre 1995.

Lancement

Prévu initialement le mais retardé à cause d'une pièce défaillante du premier étage de son lanceur, le lancement de SoHO a finalement lieu le . L'observatoire scolaire est placé en orbite par une fusée de type -AS (la version la plus puissante de l'Atlas-Centaur) décollant depuis la base de Cape Canaveral (Floride). Il est placé initialement sur une orbite terrestre basse puis après environ 110 minutes de vol inertiel, l'étage Centaur est rallumé et SoHO est placé sur une orbite de transfert à destination du du système Soleil-Terre situé à de kilomètres. Il atteint sa destination au bout de 4 mois.

Caractéristiques de l'orbite

Le satellite est positionné entre la Terre et le Soleil aux alentours du du système Soleil-Terre situé à de kilomètres de la Terre, dans la direction du Soleil. Cette position présente plusieurs avantages par rapport à l'orbite basse terrestre : les changements de vitesse par rapport au Soleil sont réduits condition nécessaire pour des mesures précises d'héliosismologie, l'observatoire solaire se trouve à l'extérieur de la magnétosphère terrestre ce qui est idéal pour déterminer les caractéristiques du vent solaire et des particules et enfin l'observation du Soleil est continue (pas d'éclipse provoqué par la Terre) ce qui répond à un besoin commun à tous les instruments. Au point de Lagrange L1 les forces d'attraction de la Terre et du Soleil s'équilibrent mais la position de l'observatoire est néanmoins instable : SoHO doit suivre une orbite de halo autour de L1 en forme de haricot qui nécessite pour être suivie d'utiliser périodiquement la propulsion. Cette orbite a un demi-diamètre de 200 000 kilomètres sur l'axe Terre-Soleil, de 650 000 kilomètres sur l'axe perpendiculaire à ce dernier dans le plan de l'écliptique et s'éloigne au maximum à 200 000 kilomètres de ce plan. SoHO parcourt cette orbite en 6 mois.

Le sauvetage de 1998

Au cours des deux premières années SoHO effectue de nombreuses découvertes et recueille une grande quantité de données. Mais le , les contrôleurs au sol du centre de vol spatial Goddard perdent le contact avec SoHO lors d'une opération de maintenance de routine : les antennes de l'engin spatial ne sont plus pointées vers la Terre sans doute à la suite d'une erreur d'un opérateur. En conséquence l'orientation du satellite, qui n'est plus contrôlé, n'est plus maintenue face au Soleil. Sachant que dans l'espace, la température ambiante est de lorsqu'on est à l'ombre du Soleil, et de quand on y est exposé, les moyens de régulation thermique d'un satellite sont toujours très précis et ce genre de mouvement désordonné provoque, soit une surchauffe, soit une baisse de température très importante, selon la partie exposée du satellite. Ce n'est qu'un mois après avoir perdu le contact que les agences américaine et européenne parviennent à disposer d'éléments permettant de rétablir la liaison avec SoHO. Le , une première localisation du satellite est obtenue grâce au radiotélescope d'Arecibo à Puerto Rico, servant d'émetteur et une antenne de de diamètre de la NASA comme récepteur radar. Le , une première réponse de SoHO parvient. Une télémétrie complète est reçue le 8 du même mois, donnant une première estimation de l'état des instruments à bord et des moyens de propulsion. Les réservoirs d'hydrazine servant à la propulsion chimique du satellite sont extrêmement refroidis, et l'hydrazine est gelée. Il faut la dégeler tant bien que mal pour pouvoir, le , amorcer une phase de stabilisation du satellite toujours en mouvement de spin. Ce n'est que le que la NASA annonce que le satellite est de nouveau sous contrôle. Le tous les instruments fonctionnent de nouveau normalement sauf le coronographe interne (C1) de l'instrument LASCO qui n'a pu être remis en route. Mais la température très froide subie par l'engin spatial a été fatale pour deux des trois gyroscopes qui sont utilisés pour estimer l'orientation de l'engin spatial. Le le dernier gyroscope tombe à son tour en panne. Les ingénieurs mettent très rapidement au point une version du logiciel pilotant le contrôle d'attitude pour optimiser le processus. SoHO devient le premier satellite stabilisé 3 axes sans avoir recours à des gyroscopes.

Prolongements de la mission

La mission primaire de SoHO s'achève en 1998. Compte tenu de la qualité des résultats et de l'état du satellite, la mission est prolongée à plusieurs reprises. Elle est prolongée une première fois de de à . En 2002, une nouvelle prolongation porte la date de fin à . En , celle-ci est repoussée à . En , SoHO se voit accorder de nouveau un sursis jusqu'à , puis fin 2013. L'échéance est à nouveau repoussée jusqu'à fin 2016.. Le , il est annoncé que la mission est prolongée jusqu'au .. Le , la mission est à nouveau prolongée jusque 2020, avec une extension jusqu'à la fin 2022..

L'observatoire solaire sera probablement mis hors service fin septembre 2026 pour faire place à une nouvelle génération d'observatoires solaires. Deux années supplémentaires (à compter de l’arrêt de mission) seront nécessaires pour finaliser les tâches postérieures aux opérations en vol (traitement des données).