Mesure de poussières avec un instrument radio

Une antenne électrique reliée à un récepteur radio permet de mesurer in situ le plasma (par la méthode de spectroscopie du bruit thermique), et les grains de poussière en milieu spatial.

Le principe est similaire aux détecteurs de poussière classiques par ionisation d’impact, avec une section efficace de détection très supérieure, puisque la sonde spatiale entière sert de cible (Fig. 1).

Figure 1 Mesure in situ du plasma et des poussières avec un instrument radio. Le plasma est mesuré via les fluctuations quasi-thermiques de potentiel induites sur l'antenne par le passage des particules chargées. Les poussières sont mesurées via les impulsions de potentiel crées par les nuages de plasma dus aux impacts sur la sonde. Crédit IOP, Meyer-Vernet et al. 2015 ).

La méthode a été initiée lors du passage des sondes Voyager dans les anneaux de Saturne, lorsque les instruments radio et plasma ont détecté les impulsions électriques et le spectre de puissance produits par les impacts de poussières. Un impact à grande vitesse évapore et ionise la poussière ainsi qu'une partie du matériau du cratère creusé par l'impact, créant un nuage de plasma dont la charge électrique est proportionnelle à la masse de la poussière et augmente avec sa vitesse beaucoup plus vite que l’énergie cinétique. Cela produit une impulsion de potentiel pouvant atteindre plusieurs dizaines de millivolts, donc facilement détectable.

La méthode a permis la mesure des anneaux poussiéreux de Saturne, Uranus et Neptune à bord des sondes Voyager, de poussières cométaires à bord des sondes VEGA (comète de Halley) et ISEE3-ICE (comète Giacobini-Zinner). Elle a été utilisée plus récemment dans l'anneau E de Saturne avec l'expérience RPWS sur Cassini et pour mesurer les micro poussières dans le milieu interplanétaire avec l'instrument WAVES sur la sonde Wind

Fig. 2 : Exemple d'impulsions électriques mesurées par l'instrument S/WAVES-TDS à bord de la sonde Stereo A impactée par des nano particules. Crédit : Springer, 2012).

Cette technique a permis la découverte de nanoparticules accélérées par le vent solaire à environ 300 km/s et impactant les sondes STEREO en orbite à 1 UA (150 millions de km) du Soleil.

Fig. 3 : Flux de nanoparticules détecté par STEREO/WAVES dans le vent solaire comparé aux modèles de flux de poussières et petits corps en fonction de leur masse à 1 UA du Soleil. La figure couvre un domaine allant des nano poussières à des objets de 10 km, soit 35 ordres de grandeur en masse. (Crédit : Solar Physics 2009)

La découverte faite par STEREO (Figure 3) à 1 AU a été confirmée par les données de l’instrument radio à bord de la sonde Cassini pendant son trajet vers la planète Saturne (article ici).