LESIA - Observatoire de Paris

STIX : description de l’instrument

vendredi 28 juillet 2017, par Nicole Vilmer


L’instrument STIX est un spectro-imageur dont la technique d’imagerie est basée sur la mesure de visibilités, technique héritée en ce qui concerne la physique solaire de ce qui a été fait sur YOHKOK/HXT et RHESSI.

L’instrument STIX est constitué de 30 sous-collimateurs, chaque sous-collimateur étant constitué d’une paire de grilles et d’un détecteur. Deux autres détecteurs (non associés à des grilles) sont également présents. Les deux détecteurs qui ne sont pas associés avec une paire de grille sont dédiés à la détermination du bruit de fond ainsi qu’à la grossière localisation des sources X. Les détecteurs sont refroidis à -20°C.

Derrière les détecteurs se trouve l’unité électronique. Un atténuateur en aluminium peut être mécaniquement placé devant les détecteurs pour diminuer le flux X (dans le cas d’une éruption importante) et éviter la saturation de l’électronique.

Schéma du design de STIX
Schéma du design de STIX

Le schéma montre la fenêtre de Berylium perméable aux rayons X, la paire de plateaux sur lesquels sont montées les grilles, et le module comprenant l’atténuateur, les détecteurs etl’électronique. Les plateaux supportant les grilles sont fixés sur la plateforme du satellite.

Caractéristiques de l’instrument STIX

Les caractéristiques instrumentales sont résumées dans le tableau suivant :

Performances de STIX
Energy Range 4 – 150 keV
Energy Resolution (FWHM) 1 keV @ 6 keV to 15 keV @ 150 keV
Effective area 6 cm2
Finest angular resolution 7 arcsec
Coarsest angular resolution 3 arcmin
Field of view for imaging
Image placement accuracy 4 arcsec
Time resolution (statistics limited) >0.1 s

L’instrument STIX permet de réaliser des images avec un champ de vue de 2° (on observera donc le Soleil entier même au moment du périhélie).

La résolution spatiale pourra atteindre 7 arcsec, ce qui correspond à 1400 km sur le Soleil au périhélie (0.28 UA) et 3600 km pour les fenêtres d’observations à haute latitude où le satellite sera plus éloigné du Soleil (0.71 UA).

STIX produit également des spectres de l’émission X entre 4 et 150 keV, avec une résolution spectrale allant de 1 keV (à 6 keV) à 15 keV (à 150 keV). Ce domaine d’énergie est divisé en 32 bandes d’énergies scientifiques. Une source d’étalonnage radioactive au baryum est embarquée afin de produire un spectre d’étalonnage comprenant des raies caractéristiques, notamment à 31 et 81 keV pour les deux raies les plus visibles.

Une des spécificités de la mission Solar Orbiter est la faible télémétrie disponible : 150 kbps pour l’instrument STIX (Krucker et al., 2013 ; 2016). Dans ces conditions, STIX produira d’une part des données de faible latence (courbe de lumière, spectre...) et une partie de l’analyse scientifique sera faite à bord (calcul de visibilités pour l’imagerie, sélections d’intervalles de temps pour l’accumulation de spectres...) afin de transmettre une plus faible quantité de données.

Les détecteurs de STIX sont des détecteurs pixellisés développés au Service d’Astrophysique (Sap) du CEA-Saclay. Ces détecteurs sont composés d’un cristal (CdTe) derrière lequel se trouve un circuit intégré de lecture (ASIC), formant un ensemble appelé Caliste/SO.

Références

  • S. Krucker, A.O. Benz, G.J. Hurford, N.G. Arnold, P. Orleanski, H.−P. Gröbelbauer, D. Casadei, S. Kobler, L. Iseli, H.J.Wiehl, A. Csillaghy, L. Etesi, N. Hochmuth, M. Battaglia, M. Bednarzik, R. Resanovic, O. Grimm, G. Viertel, V. Commichau, A. Howard, A. Meuris, O. Limousin, S. Brun, N. Vilmer, K.R. Skupg, R. Graczyk, M. Stolarski, M.Michalska, W. Nowosielski, A. Chichocki, M. Mosdorf, K. Seweryn, A. Bialek, J. Sylwester, M. Kowalinski, T.Mrozek, P. Podgorski, G. Mann, H. Önel, H. Aurass, S.−M. Bauer, W. Bittner ,F. Dionies, J. Paschke, D. Plüschke, E.Popow, J. Rendtel, A. Warmuth, M. Woche, D. Wolter, H.F. Van Beek, F. Farnik,, R.P. Lin
    The spectrometer/telescope for imaging X−rays on board the ESA Solar Orbiter spacecraft
    Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, Section A : Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment, Volume 732, 21 December 2013, Pages 295-298.
    http://dx.doi.org/10.1016/j.nima.2013.05.050
  • Krucker, S. ; Bednarzik, M. ; Grimm, O. ; Hurford, G. J. ; Limousin, O. ; Meuris, A. ; Orleański, P. ; Seweryn, K. ; Skup, K. R.
    The Spectrometer/Telescope for Imaging X-rays on Solar Orbiter : Flight design, challenges and trade-offs
    Nuclear Inst. and Methods in Physics Research, A, Volume 824, 07/2016, p. 626-629.
    http://dx.doi.org/10.1016/j.nima.2015.08.045