Observatoire de Paris Institut national de recherche scientifique français Univerité Pierre et Marie Curie Université Paris Diderot - Paris 7

URAP sur Ulysse

vendredi 1er septembre 2017, par Karine Issautier

Ulysse est la première sonde spatiale Ă  explorer le vent solaire au-dessus des pĂ´les du Soleil, pĂ´les qu’elle a survolĂ©s une première fois en 1994-95. Ainsi les premiers rĂ©sultats d’observations d’ondes radio et plasma Ă  hautes latitudes solaires jamais obtenus l’ont Ă©tĂ© grâce Ă  l’expĂ©rience URAP (Unified Radio and Plasma) Ă  la rĂ©alisation de laquelle le LESIA a pris une grande part, notamment par la fabrication des rĂ©cepteurs radio (RAR). Ces rĂ©cepteurs couvrent une gamme d’environ 1kHz Ă  1MHz et sont raccordĂ©s Ă  une antenne Ă©lectrique 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’expĂ©rience URAP est une collaboration de la NASA/GSFC, du LESIA/Observatoire de Paris, de l’UniversitĂ© du Minnesota et CETP/Velizy (devenu LPP).

Les objectifs scientifiques de l’expĂ©rience URAP sur la sonde Ulysse peuvent ĂŞtre rĂ©sumĂ©s ci-dessous :

– Etude complète (localisation, intensitĂ©, polarisation) des Ă©missions radio interplanĂ©taires d’origine solaire (sursauts de type III, II, orages continum) ou planĂ©taire (en particulier les Ă©missions joviennes lors du survol de Jupiter par la sonde).

– Observations des structures Ă  grande Ă©chelle et de l’activitĂ© hĂ©liosphĂ©rique 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 (densitĂ©, tempĂ©rature) du vent solaire Ă  diverses latitudes hĂ©liographiques.

– Etude des ondes de plasma, aussi bien dans le milieu interplanĂ©taire calme qu’associĂ©es aux diffĂ©rentes discontinuitĂ©s et ondes de choc qui s’y produisent.

Le diagnostic radio du plasma par spectroscopie du bruit thermique apporte une contribution cruciale Ă  la connaissance des structures du vent solaire Ă  diffĂ©rentes latitudes hĂ©liographiques. Et les mesures des Ă©missions radio (intensitĂ©, direction, polarisation) observĂ©es nous permettent d’Ă©tudier l’activitĂ© radio de l’hĂ©liosphère interne et le mĂ©canisme de certaines Ă©missions.

Calendrier du projet
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
FĂ©vrier 1992 Survol de Jupiter et route pour les pĂ´les solaires
Septembre 1994 Premier survol du pĂ´le sud
Mars 1995 TraversĂ©e du plan de l’Ă©cliptique
Août 1995 Premier survol du pôle nord
Octobre 1995 Fin de la première orbite. DĂ©but de la deuxième orbite qui va durer jusqu’en 2001
Avril 1998 Deuxième traversĂ©e du plan de l’Ă©cliptique
2000-2001 Exploration du pĂ´le sud au pĂ´le nord du Soleil en maximum d’activitĂ© solaire
2002-2004 Troisième orbite. Passage d’Ulysse des hautes latitudes nord au plan de l’Ă©cliptique, permettant l’exploration des latitudes jovicentriques.
2005-2008 Quatrième orbite : Exploration des pĂ´les solaires pour la deuxième fois en minimum d’activitĂ© solaire mais avec un renversement de polaritĂ© magnĂ©tique.
Janvier 2008 Panne de l’Ă©metteur principal de tĂ©lĂ©mesure. Refroidissement de l’hydrazine Ă  bord, nĂ©cessaire Ă  l’orientation de la sonde, au fonctionnement des instruments, et au transfert des donnĂ©es
DĂ©cembre 2008 Ulysse s’Ă©loigne du Soleil et se refroidit inexorablement.
30 Juin 2009 ArrĂŞt 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 rĂ©cepteur radio a continuellement enregistrĂ© in situ les propriĂ©tĂ©s du plasma du vent solaire, et observĂ© diffĂ©rentes Ă©missions radio du système solaire. Le premier passage d’Ulysse du pĂ´le sud au pĂ´le nord (septembre 1994-aoĂ»t 1995) en traversant rapidement la bande Ă©quatoriale du soleil a fourni une grande quantitĂ© de donnĂ©es d’une importance capitale quant Ă  l’Ă©tude des variations en latitude de la densitĂ© et de la tempĂ©rature Ă©lectronique du vent solaire. Entre novembre 2000 et octobre 2001, Ulysse a ensuite entamĂ© sa deuxième orbite autour des pĂ´les solaires au maximum d’activitĂ© solaire, contrairement Ă  la première exploration qui s’est passĂ©e au minimum d’activitĂ©. Ceci est particulièrement important pour Ă©tudier le renversement de la polaritĂ© du champ magnĂ©tique solaire entre le minimum et le maximum d’activitĂ©. Enfin sa troisième et dernière orbite hors Ă©cliptique a eu lieu en fĂ©vrier 2007 Ă  nouveau en pĂ©riode de minimum solaire (voir article).

Grâce Ă  l’excellente performance (sensibilitĂ©, Ă©talonnage) du rĂ©cepteur radio embarquĂ©, mondialement reconnue, la spectroscopie du bruit thermique dont la thĂ©orie a Ă©tĂ© dĂ©veloppĂ©e entièrement au laboratoire s’impose aujourd’hui comme un outil puissant d’Ă©tude in situ des plasmas. L’extension de cette mĂ©thode originale pour inclure l’effet de vitesse du vent solaire (qui dĂ©cale par effet Doppler la contribution des ions au bruit thermique dans la bande spectrale mesurĂ©e) rend possible maintenant la mesure additionnelle de la vitesse du vent et de la tempĂ©rature des ions, et complète ainsi la spectroscopie du bruit thermique qui peut ĂŞtre appliquĂ©e aux hautes latitudes hĂ©liographiques oĂą le vent solaire est relativement simple au minimum d’activitĂ© et par contre très complexe au maximum d’activitĂ©. Par ailleurs, l’application de la spectroscopie du bruit thermique au tore de plasma (magnĂ©tisĂ©) de Io, lors du survol de Jupiter par Ulysse en fĂ©vrier 1992, a apportĂ© une moisson de rĂ©sultats inĂ©dits sur la variation en latitude de la densitĂ© et de la tempĂ©rature des Ă©lectrons dans le tore, Ă©lĂ©ments nĂ©cessaires Ă  toute interprĂ©tation d’émissions radio joviennes.

L’étude statistique des sursauts radio solaires de type III observĂ©s Ă  diffĂ©rentes distances et latitudes hĂ©liocentriques, en ce qui concerne leur frĂ©quence de coupure basse frĂ©quence, nous a renseignĂ©s sur divers effets de propagation et ceux inhĂ©rents au mĂ©canisme d’Ă©mission.

Une première application de la synergie sol-espace a Ă©tĂ© 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 dĂ©cĂ©lĂ©ration des Ă©lectrons Ă©nergĂ©tiques 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 dĂ©veloppement important de l’analyse des Ă©missions radio de type II Ă©mises par des chocs transitoires interplanĂ©taires a Ă©tĂ© entrepris pour Ă©tudier leurs Ă©missions d’intensitĂ© très faible sur les ondes kilomĂ©triques . En particulier, un nouvel outil d’identification de ces Ă©missions a Ă©tĂ© dĂ©veloppĂ© et amĂ©liorĂ©, et permet de suivre « Ă  la trace » les ondes de choc interplanĂ©taires Ă©mettant des sursauts radio de type II. Grâce Ă  cet outil, nous avons caractĂ©risĂ© de manière complète l’émission du type II associĂ©e Ă  l’onde de choc CME du 10 mai 2001 et de mesurer prĂ©cisĂ©ment sa tempĂ©rature de brillance au fondamental et Ă  l’harmonique, ce qui a une grande importance pour la thĂ©orie de l’émission (Hoang et al., JGR, 2007).

On peut consulter ici les spectres dynamiques acquis depuis le début de la mission (nov. 1990) et visualiser là les données macroscopiques du plasma obtenues par la méthode du bruit quasi-thermique.

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
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 fĂŞtĂ© ses 18 ans
– Des nouvelles inattendues du vent solaire

Liens utiles :
– Ulysses/ESA home page
– Ulysses/NASA home page
– URAP/Ulysses Ă  NASA/GSFC