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LOFAR for Space Weather

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Deux yeux, deux visions du cosmos: le plus grand radiotélescope d’Europe assume un nouveau rôle

Les personnes saisissent plus d’informations sur leur environnement avec deux yeux plutôt qu’un. Dans cette même optique, le télescope LOFAR utilisera une paire de faisceaux pour obtenir des images de haute qualité du cosmos et détecter des phénomènes météorologiques spatiaux.

Espace

La météorologie spatiale fait référence aux phénomènes qui se produisent dans le Soleil et dans la magnétosphère, l’ionosphère et la thermosphère de la Terre, et qui sont le résultat de l’activité solaire. Ces phénomènes comprennent notamment les éruptions solaires, les éjections de matière coronale, le vent solaire et l’émission de particules énergétiques. «Afin d’étudier les phénomènes météorologiques spatiaux, il nous faut pouvoir observer les événements qui se produisent dans différentes régions de notre système solaire et à différentes échelles temporelles», fait remarquer Carla Baldovin, gestionnaire du projet LOFAR4SW, financé par l’UE. «Idéalement, nous aimerions suivre toutes les chaînes d’événements qui trouvent leur origine dans le Soleil, ainsi que le déroulement de ces événements dans le vide cosmique qui sépare la Terre du Soleil et leur incidence sur notre ionosphère.»

Préparer le plus grand radiotélescope pour son nouveau rôle dans l’espace

L’observation simultanée de tous ces processus avec un seul télescope constitue un défi. C’est ici que LOFAR4SW entre en jeu. «LOFAR4SW entend déployer une mise à niveau importante pour le télescope Low-Frequency Array (LOFAR). Outre la détection des ondes radio émanant de sources radio astronomiques, le télescope assumera un nouveau rôle parallèle: il servira d’installation de météorologie spatiale qui assurera la surveillance simultanée du Soleil, de l’héliosphère et de l’ionosphère», précise Carla Baldovin. À l’heure actuelle, LOFAR est le plus grand radiotélescope du monde. Il se compose d’un réseau d’antennes dont le cœur est situé aux Pays-Bas et qui s’étend sur sept autres pays européens. Utilisant un nouveau concept d’antennes réseau à commande de phase, il couvre la plage largement inexploitée de basses fréquences allant de 10 à 240 MHz et est utilisé dans divers cas d’utilisation astrophysique. Contrairement aux télescopes à réflecteur unique, LOFAR est un réseau de capteurs polyvalents équipé d’une infrastructure informatique et réseau innovante en mesure de traiter de gigantesques volumes de données. «La technologie d’antennes réseau à commande de phase permet à LOFAR de faire preuve d’une grande flexibilité, ce qui ouvre la possibilité de concevoir un système totalement indépendant capable de servir d’installation de météorologie spatiale parallèlement aux cas d’utilisation astronomique en utilisant une version modernisée du matériel existant», explique Carla Baldovin.

Modifier la technologie des antennes afin qu’elle produise deux faisceaux

Un aspect fondamental de la mise à niveau de LOFAR4SW était la refonte des antennes à large bande de LOFAR. «En modifiant le système analogique de formation de faisceaux, nous sommes parvenus à concevoir le prototype d’une antenne à large bande qui est capable de produire deux faisceaux pouvant être orientés dans des directions différentes», ajoute Carla Baldovin. «L’idée à l’origine de cette mise à niveau matérielle était de doter les antennes à large bande de la capacité de produire deux faisceaux indépendants, orientés simultanément vers deux objets célestes différents: un faisceau destiné à la radioastronomie et l’autre, à la surveillance de la météorologie spatiale. Cela revient à doter le télescope de deux yeux capables de fonctionner de manière indépendante», fait remarquer Carla Baldovin. Un autre aspect fondamental du télescope LOFAR tient au fait qu’il repose sur le côté logiciel plutôt que matériel pour produire des données prêtes à l’emploi pour des applications scientifiques. En d’autres termes, le signal est numérisé à un stade précoce et est traité à l’aide d’un logiciel basé sur un processeur. LOFAR4SW a développé des prototypes de logiciels pour exécuter des programmes de surveillance capables de réagir rapidement aux phénomènes météorologiques spatiaux et de traiter les données issues de différents cas d’utilisation. LOFAR4SW pourra effectuer des observations de routine de l’ionosphère grâce aux techniques de radar passif qui surveillent les perturbations ionosphériques. Il observera quotidiennement l’héliosphère, en tenant compte de la scintillation interplanétaire, pour saisir à la fois la vitesse et la densité du vent solaire. En outre, il procèdera au suivi quotidien du Soleil dans des spectres dynamiques et obtiendra des images à haute résolution. La mise à niveau du télescope est toujours en cours, mais une fois achevée, LOFAR deviendra l’un des meilleurs systèmes d’observation de la météorologie spatiale d’Europe, capable de jeter un nouvel éclairage sur une myriade d’événements météorologiques spatiaux.

Mots‑clés

LOFAR4SW, LOFAR, météorologie spatiale, ionosphère, Soleil, antenne à large bande, héliosphère, formation de faisceaux

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