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

RPI sur IMAGE

lundi 10 décembre 2012, par Karine Issautier

LancĂ©e le 25 mars 2000 par une fusĂ©e Delta II depuis la base de Vandenberg de l’armĂ©e de l’air amĂ©ricaine (Californie), IMAGE (Imager for Magnetopause-to-Aurora Global Exploration) est la première mission du programme "Medium-Class Explorer" (MIDEX) de la NASA. La mission Image a pris fin le 18 dĂ©cembre 2005 alors que sa durĂ©e nominale Ă©tait initialement de deux ans.

IMAGE mission
IMAGE mission

Copyright NASA

La mission IMAGE associe trois techniques pour dĂ©terminer le comportement global de la magnĂ©tosphère terrestre et sa rĂ©ponse aux fluctuations du vent solaire :

  • imagerie des atomes neutres,
  • imagerie en ultraviolet,
  • imagerie par sondage radio (RPI).

La participation scientifique du LESIA correspond Ă  l’exploitation des donnĂ©es de l’expĂ©rience RPI sur IMAGE par la technique de mesure de spectroscopie du bruit thermique, dĂ©veloppĂ©e au LESIA, pour dĂ©terminer certaines propriĂ©tĂ©s du plasma : densitĂ© et tempĂ©rature Ă©lectroniques en particulier, mais aussi champ magnĂ©tique dans la plasmasphère.

Sur le plan technique, le LESIA a rĂ©alisĂ© les circuits d’adaptation d’impĂ©dance des antennes et les prĂ©amplificateurs Ă©lectriques de l’instrument radio RPI (Radio Plasma Imager). Les compĂ©tences du LESIA en "propretĂ©" Ă©lectromagnĂ©tique ont aussi Ă©tĂ© largement utilisĂ©es (hĂ©ritage de R. Manning, et ceci a certainement Ă©tĂ© très bĂ©nĂ©fique Ă  l’ensemble du projet). L’imageur radio RPI fonctionne suivant le principe du sondage actif : une brève impulsion de fort niveau est Ă©mise sur des antennes Ă©lectriques puis le rĂ©cepteur est mis en Ă©coute de l’Ă©cho. Le retard et la direction d’arrivĂ©e de cet Ă©cho permettent de dĂ©terminer l’endroit oĂą l’onde transmise a Ă©tĂ© rĂ©flĂ©chie, lĂ  oĂą la frĂ©quence de plasma locale est Ă©gale Ă  la frĂ©quence de l’onde.

L’orbite de IMAGE

Vue de l'orbite polaire de la mission IMAGE
Vue de l’orbite polaire de la mission IMAGE

IMAGE possède une orbite elliptique polaire dont l’apogĂ©e est de 7.2 rayons terrestres (45,922 km) et un pĂ©rigĂ©e de 1000 km d’altitude. La position de l’apogĂ©e est modifiĂ©e au cours des deux annĂ©es de la mission Ă  la fois en latitude et en temps local du fait de la rĂ©volution de la Terre autour du Soleil. L’apogĂ©e initiale est de 40 degrĂ©s nord en latitude. Au cours de la première annĂ©e de la mission, l’apogĂ©e a une prĂ©cession de 40 Ă  90 degrĂ©s nord de latitude, c’est Ă  dire une position directement au-dessus du PĂ´le Nord, puis continue jusqu’Ă  retourner Ă  40 degrĂ©s au bout des deux ans de la mission. A cause du mouvement annuel de la Terre autour du Soleil, IMAGE est capable d’observer chaque heure locale depuis l’apogĂ©e deux fois pendant la mission. L’IMAGE accomplit une orbite toutes les 14.2 heures.

Les objectifs scientifiques

MESURE IN SITU PAR SPECTROSCOPIE DU BRUIT THERMIQUE : La prĂ©sence sur IMAGE de plusieurs antennes dipĂ´les Ă©lectriques (fils) de longueurs très diffĂ©rentes permet un diagnostic in situ du plasma par spectroscopie du bruit thermique dans une grande partie des rĂ©gions traversĂ©es.

PLASMAPAUSE : grâce aux mesures locales par spectroscopie de bruit thermique, il est possible de cartographier cette rĂ©gion de l’environnement terrestre. Tout comme l’Ă©tude de la structure en latitude dans la magnĂ©tosphère de Jupiter, l’utilisation d’un modèle cinĂ©tique fondĂ© sur le filtrage des vitesses par le champ Ă©lectrique peut ĂŞtre appliquĂ© Ă  la plasmapause de la Terre.

CORRELATIONS ENTRE LES MESURES IN SITU ET L’IMAGERIE GLOBALE : Les mesures in situ de la densitĂ© Ă©lectronique et de la tempĂ©rature sont un complĂ©ment inestimable afin de sĂ©parer les effets globaux des effets locaux et d’étudier leur interdĂ©pendance. Ainsi IMAGE permet de localiser les sites de dĂ©clenchement et d’extension de la reconnexion magnĂ©tique sur la magnĂ©topause, et de suivre l’évolution anti-solaire des tubes magnĂ©tiques remplis de plasma Ă  la fois par cartographie 3D et par, repĂ©rage des signatures types au niveau du satellite, de distinguer les “Flux Transfer Events“. IMAGE permet aussi d’avoir une vue globale du cornet polaire et de modĂ©liser les phĂ©nomènes de couplage ionosphère-cornet polaire.

SYNERGIE AVEC CLUSTER II : Un objectif d’IMAGE est de sonder la magnĂ©topause depuis l’intĂ©rieur de la magnĂ©tosphère. La facilitĂ© de la dĂ©tection est fonction des propriĂ©tĂ©s de cette surface, en particulier des irrĂ©gularitĂ©s ou ondulations qu’il pourrait y avoir, dues, par exemple, aux ondes induites par l’instabilitĂ© de Kelvin-Helmholtz. Ces rĂ©sultats sont comparĂ©s directement avec les donnĂ©es Cluster II.

Personnels du LESIA impliqués sur IMAGE
NomResponsabilité
Jean-Louis Bougeret Co-I scientifique
Karine Issautier Scientifique
Michel Moncuquet Scientifique
Nicole Meyer-Vernet Scientifique
Robert Manning Chef de projet préamplis

Les modèles de vol avant leur livraison
Les modèles de vol avant leur livraison

Modèle de vol de l’instrument radio dĂ©veloppĂ© au LESIA, avant leur livraison

Vue d'un préamplificateur électrique
Vue d’un prĂ©amplificateur Ă©lectrique

Vue d’un prĂ©amplificateur Ă©lectrique

Vue d'un sondeur atmosphérique.
Vue d’un sondeur atmosphĂ©rique.

Vue d’un sondeur atmosphĂ©rique.

Documents à télécharger

  • Green, J.L., Benson, R.F., Fung, S.F., Taylor, W.W.L., Boardsen, S.A., Reinisch, B.W., Haines, D.M., Bibl, K., Cheney, G., Galkin, I.A, Huang, X., Myers, S.H., Sales, G.S., Bougeret, J.-L., Manning, R., Meyer-Vernet, N., Moncuquet, M., Carpenter, D.L., Gallagher, D.L., and Reiff, P.H., Radio Plasma Imager Simulations and Measurements, Space Science Reviews, 91, 361-389, 2000