LESIA - Observatoire de Paris

URAP sur Ulysse

mercredi 18 juillet 2012, par Karine Issautier

Ulysse est la première sonde spatiale à explorer le vent solaire au-dessus des pôles du Soleil, pôles qu’elle a survolés une première fois en 1994-95. Ainsi les premiers résultats d’observations d’ondes radio et plasma à hautes latitudes solaires jamais obtenus l’ont été grâce à l’expérience URAP (Unified Radio and Plasma) à la réalisation de laquelle le LESIA a pris une grande part, notamment par la fabrication des récepteurs radio (RAR). Ces récepteurs couvrent une gamme d’environ 1kHz à 1MHz et sont raccordés à une antenne électrique de 70m d’envergure.

Vue d'artiste de la sonde Ulysse autour du Soleil
Vue d’artiste de la sonde Ulysse autour du Soleil

Copyright ESA/NASA

L’expérience URAP est une collaboration de la NASA/GSFC, du LESIA/Observatoire de Paris, de l’Université du Minnesota et CETP/Velizy (devenu LPP).

Les objectifs scientifiques de l’expérience URAP sur la sonde Ulysse peuvent être résumés ci-dessous :

- Etude complète (localisation, intensité, polarisation) des émissions radio interplanétaires d’origine solaire (sursauts de type III, II, orages continum) ou planétaire (en particulier les émissions joviennes lors du survol de Jupiter par la sonde).

- Observations des structures à grande échelle et de l’activité héliosphérique en utilisant les sursauts solaires (types II, III) et le bruit thermique comme traceurs.

- Mesures in situ (en particulier par spectroscopie du bruit thermique) de divers paramètres (densité, température) du vent solaire à diverses latitudes héliographiques.

- Etude des ondes de plasma, aussi bien dans le milieu interplanétaire calme qu’associées aux différentes discontinuités et ondes de choc qui s’y produisent.

Le diagnostic radio du plasma par spectroscopie du bruit thermique apporte une contribution cruciale à la connaissance des structures du vent solaire à différentes latitudes héliographiques. Et les mesures des émissions radio (intensité, direction, polarisation) observées nous permettent d’étudier l’activité radio de l’héliosphère interne et le mécanisme de certaines émissions.

Calendrier du projet
Date Evénement
1983-1986 Campagnes d’essais - calibration
1989 Calibration
1990 Mesure des capacités de base des antennes. Qualification des étalonnages au sol. Obtention des paramètres de la fonction de transfert des récepteurs radio.
Octobre 1990 Lancement de la sonde Ulysse
Novembre 1990 Sortie des antennes. Acquisition du niveau de bruit du récepteur en vol
Février 1992 Survol de Jupiter et route pour les pôles solaires
Septembre 1994 Premier survol du pôle sud
Mars 1995 Traversée du plan de l’écliptique
Août 1995 Premier survol du pôle nord
Octobre 1995 Fin de la première orbite. Début de la deuxième orbite qui va durer jusqu’en 2001
Avril 1998 Deuxième traversée du plan de l’écliptique
2000-2001 Exploration du pôle sud au pôle nord du Soleil en maximum d’activité solaire
2002-2004 Troisième orbite. Passage d’Ulysse des hautes latitudes nord au plan de l’écliptique, permettant l’exploration des latitudes jovicentriques.
2005-2008 Quatrième orbite : Exploration des pôles solaires pour la deuxième fois en minimum d’activité solaire mais avec un renversement de polarité magnétique.
Janvier 2008 Panne de l’émetteur principal de télémesure. Refroidissement de l’hydrazine à bord, nécessaire à l’orientation de la sonde, au fonctionnement des instruments, et au transfert des données
Décembre 2008 Ulysse s’éloigne du Soleil et se refroidit inexorablement.
30 Juin 2009 Arrêt officiel de la mission après 18 ans et 246 jours dans l’espace.

Depuis le lancement de la sonde Ulysse en octobre 1990 jusqu’au 26 novembre 2007, le récepteur radio a continuellement enregistré in situ les propriétés du plasma du vent solaire, et observé différentes émissions radio du système solaire. Le premier passage d’Ulysse du pôle sud au pôle nord (septembre 1994-août 1995) en traversant rapidement la bande équatoriale du soleil a fourni une grande quantité de données d’une importance capitale quant à l’étude des variations en latitude de la densité et de la température électronique du vent solaire. Entre novembre 2000 et octobre 2001, Ulysse a ensuite entamé sa deuxième orbite autour des pôles solaires au maximum d’activité solaire, contrairement à la première exploration qui s’est passée au minimum d’activité. Ceci est particulièrement important pour étudier le renversement de la polarité du champ magnétique solaire entre le minimum et le maximum d’activité. Enfin sa troisième et dernière orbite hors écliptique a eu lieu en février 2007 à nouveau en période de minimum solaire (voir article).

Grâce à l’excellente performance (sensibilité, étalonnage) du récepteur radio embarqué, mondialement reconnue, la spectroscopie du bruit thermique dont la théorie a été développée entièrement au laboratoire s’impose aujourd’hui comme un outil puissant d’étude in situ des plasmas. L’extension de cette méthode originale pour inclure l’effet de vitesse du vent solaire (qui décale par effet Doppler la contribution des ions au bruit thermique dans la bande spectrale mesurée) rend possible maintenant la mesure additionnelle de la vitesse du vent et de la température des ions, et complète ainsi la spectroscopie du bruit thermique qui peut être appliquée aux hautes latitudes héliographiques où le vent solaire est relativement simple au minimum d’activité et par contre très complexe au maximum d’activité. Par ailleurs, l’application de la spectroscopie du bruit thermique au tore de plasma (magnétisé) de Io, lors du survol de Jupiter par Ulysse en février 1992, a apporté une moisson de résultats inédits sur la variation en latitude de la densité et de la température des électrons dans le tore, éléments nécessaires à toute interprétation d’émissions radio joviennes.

L’étude statistique des sursauts radio solaires de type III observés à différentes distances et latitudes héliocentriques, en ce qui concerne leur fréquence de coupure basse fréquence, nous a renseignés sur divers effets de propagation et ceux inhérents au mécanisme d’émission.

Une première application de la synergie sol-espace a été faite en utilisant les observations radio des sursauts de types III sur la sonde Ulysses et le spectrographe au sol ARTEMIS : mesure du diagramme de rayonnement des sursauts radio solaires de type III et de la décélération des électrons énergétiques solaires responsables de ces sursauts.

Les observations radio stéréoscopiques sur Ulysse et WIND d’émissions solaires de type III ont apporté un éclairage nouveau sur la dynamique des électrons excitateurs des types III et sur la directivité de ces émissions relatives à leur modes fondamental et harmonique. Et pour la première fois, nous avons localisé grâce aux observations simultanées sur Ulysses et WIND l’émission radio associée à la fameuse éjection de matière coronale de janvier 1997.

Un développement important de l’analyse des émissions radio de type II émises par des chocs transitoires interplanétaires a été entrepris pour étudier leurs émissions d’intensité très faible sur les ondes kilométriques . En particulier, un nouvel outil d’identification de ces émissions a été développé et amélioré, et permet de suivre « à la trace » les ondes de choc interplanétaires émettant des sursauts radio de type II. Grâce à cet outil, nous avons caractérisé de manière complète l’émission du type II associée à l’onde de choc CME du 10 mai 2001 et de mesurer précisément sa température de brillance au fondamental et à l’harmonique, ce qui a une grande importance pour la théorie de l’émission (Hoang et al., JGR, 2007).

On peut consulter ici les spectres dynamiques mensuels (fichiers .gif) acquis depuis le début de la mission (nov. 1990)

Personnels du LESIA impliqués sur URAP
NomsResponsabilité
Sang Hoang Calibration, étalonnage, outils de traitement des données, scientifique Co-I
Karine Issautier Scientifique
Milan Maksimovic Scientifique
Michel Moncuquet Scientifique
Gaetan Le Chat Scientifique - Doctorant
Robert Manning (+) Chef de projet récepteur radio URAP.
Alain Lecacheux Scientifique Co-I
Nicole Meyer-Vernet Scientifique Co-I

Pour en savoir plus :
- Ulysse a fêté ses 18 ans
- Des nouvelles inattendues du vent solaire

Liens utiles :
- Ulysses/ESA home page
- Ulysses/NASA home page
- URAP/Ulysses à NASA/GSFC