Post on 04-Apr-2015
Futures missions magnétosphériques multi-satellites : THEMIS & MMS
Le Contel O. et A. RouxCentre d’étude des Environnements Terrestre et Planétaires (CETP),Institut Pierre Simon Laplace (IPSL),UVSQ/CNRS, Vélizy.
Colloque de prospective du PNST, IAP, Paris, 29-30 septembre 2005
Contexte général exceptionnel
• Succès de la mission CLUSTER (ASE) (prolongée jusqu’en 2009)• Collaboration ASE/CNSA avec la Chine pour DOUBLE STAR
(lancés en 2003 et 2004)
Nouveaux Objectifs :• THEMIS (NASA) « dédiée aux sous-orages »
Etudier le déclenchement et la propagation à grande échelle de la reconfiguration de la queue magnétosphérique.
• MMS (NASA) « dédiée à la reconnexion magnétique »Etudier en détail les mécanismes physiques à plus petite échelle qui permettent la reconfiguration rapide du champ magnétique et l’accélération des particules dans les plasmas non collisionnels. Rôle de la turbulence.
Thèmes couverts : sous-orage, magnétopause/magnétogaine, choc, interaction vent solaire/magnétosphère, études sol, transport, turbulence plasma, accélération et chauffage, reconnexion, …
Colloque de prospective du PNST, IAP, Paris, 29-30 septembre 2005
Reconfiguration rapide de la queue magnétosphérique accompagnée par une accélération et un chauffage des particules parallèlement et perpendiculairement au champ magnétique
=> Mode global de circulation de l’énergie entre le vent solaire et la Terre Région aurorale
Conversion de l’énergiemagnétique en énergie cinétique Accélération des particules
Sous-orages magnétosphériques
Colloque de prospective du PNST, IAP, Paris, 29-30 septembre 2005
Sous-orage auroral (d’après Akasofu, 1964)
Caméra UV du satellite POLAR
Colloque de prospective du PNST, IAP, Paris, 29-30 septembre 2005
Deux classes de modèles
CLUSTER
Colloque de prospective du PNST, IAP, Paris, 29-30 septembre 2005
La Mission THEMIS (Time History of Events and Macroscale Interactions during Substorms )
• Objectif scientifique : mission dédiée à l’étude « grande échelle » des sous-orages magnétosphériques• Sélection mars 2003 => Lancement octobre 2006 !• 5 sondes identiques pour mesurer : B, E (3D), Ions et électrons• Réparties radialement dans le plan équatorial de la queue magnétosphérique : 3 sondes ~10 RT distantes ~2 RT, 1 sonde ~20 RT et 1 sonde ~30 RT
• Complémentaire de CLUSTER : orbite polaire et petite échelle • Associées au réseau de caméras « plein ciel » et aux magnétomètres au sol canadiens (CANOPUS) et nord-américains
Colloque de prospective du PNST, IAP, Paris, 29-30 septembre 2005
U S G S (1 m in )
U C -L A N L (1 s )
M E A S U R E (1 s )
P ro p o s e d T h e m is C a n a d a /A la s k a
A L A S K A (1 s )
C A N O P U S (5 s)
C G S (5 s )
Observations simultanées (10 s) au sol et in situ
Colloque de prospective du PNST, IAP, Paris, 29-30 septembre 2005
Par an : 50-100 sous-orages en conjonction / 10-20 (CLUSTER)
Détection du déclenchement du sous-orage MLT <0.5 ° et t <10 s
Participations françaises (soutien CNES)
Colloque de prospective du PNST, IAP, Paris, 29-30 septembre 2005
CETP (A. Roux, O. Le Contel)5 systèmes tri-axiaux d’antennes magnétiques (0.1 Hz - 4 kHz)(+ 1 modèle de rechange) déjà tous livrés
CESR (C. Jacquey, D. Le Quéau)site miroir pour la base de données provenant de tous les instruments
Orbite équatoriale :CLUSTER est en orbite polaireOrbite plus appropriée pour étudier la reconnexion magnétique Distance inter-satellite plus faible 10 km-200 km : 200 km - 10 000 km pour CLUSTERDistances nécessaires pour comprendre les processus physiques à l’échelle de la dynamique des électrons Meilleures résolutions temporelles : 4s pour les mesures particules sur CLUSTEREntre 40 et 250 ms ce qui est nécessaire pour obtenir les fonctions de distribution des particules lors des processus de reconfiguration Mesures 3D du champ électrique :CLUSTER ne mesure que 2 composantes dans le plan de spinLe champ électrique parallèle au champ magnétique est très important pour comprendre l’accélération des particules
MMS-SMART La mission MMS 2010-2013(Magnetospheric Multi-Scale mission)
Colloque de prospective du PNST, IAP, Paris, 29-30 septembre 2005
CETP (A. Roux, O. Le Contel) 4 systèmes tri-axiaux d’antennes magnétiques (0.1 Hz-6 kHz)(+ 1 modèle de rechange)Proposition récente de fournir aussi 4 magnétomètres « DC » (R&T CNES) suite à la défection de l’équipe allemande.
=> modèle de table en décembre puis revue générale de confirmation en février 2006
Discussion en cours pour la fabrication des PA (R&T CNES) des antennes magnétiques par le LPCE (J.-L. Pinçon, V. Krasnosselskikh)
MMS-SMART
Participation française (soutien CNES )
Colloque de prospective du PNST, IAP, Paris, 29-30 septembre 2005
Sous-orage : 17 août 2003Bx
By
Bz
Ni
Vxe,i
Vye,i
H
1704
Jy
1630
Observations CLUSTER (200 km) :
Oscillations de la couche de courant
La couche reste structurée Jy jusqu’à 80 nA/m2 (Harris model~rotB) H ~ 1000 km ~ i
Reconfiguration par pallier
Bx 0 sur les 4 satellites ~1704 UT Accélération du plasma Réduction du courant Jy Courants parallèles forts Jx
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Emissions d’ondes intenses :
Composante Bz mesuréepar STAFF-SC à bord des 4 satellites CLUSTER entre 0.3 et 225 Hz : Puissance intégrée ~1 nT2
Etude actuelle :Relation entre les émissions d’ondes, les oscillations de la couche fine et la reconfiguration par pallier du champ magnétique.Importance de l’effet Doppler.
1627 UT 1709 UT
Sous-orage : 17 août 2003
Colloque de prospective du PNST, IAP, Paris, 29-30 septembre 2005
1704
Bx
By
Bz
Ni
Vx,i
Vy,i
Jx
Ey
17011659
Sous-orage : 17 Août 2003
Reconfiguration: 1659-1701 UT
Observations d’ondes cyclotroniques (H+) f~0.2-1.5 Hz :
• Oscillations By et Bz ~ +- 5 nT • Ey ~ +- 10 mV/m• Oscillations du courant :Jx ~ +-25 nA/m2 and Jy ~ +- 20 nA/m2Valeur négative de Jy !
• Effet Doppler possible avec Vx,i
Accélération des électrons et des ionsVx,i ~ 1200 km/s (et Vxe ~ 3000 km/s)
Reconfiguration par pallier (Bx augmente)Jy
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Sous-orage : 17 Août 2003
Ondes cyclotron (H+) observées par STAFF: δj|, δBand δEy(sr2) avec f ~ 0.2-1.5 Hz
Filtrage « spatial » par le tétraèdre (200 km) à ~ 3 Hz => nécessité de plus petites distances
Colloque de prospective du PNST, IAP, Paris, 29-30 septembre 2005
1659 1701
La forme d’onde indique clairement qu’il existe des structuresmagnétiques dont l’échelle est plus petite quela distance inter-satellite ~200 km
C3
C4
1659:13 UT
Extension des études de « filtrage en k » vers des k plus grands ~ 2/d_sat
Sous-orage : 17 Août 2003
Colloque de prospective du PNST, IAP, Paris, 29-30 septembre 2005
Conclusion
Dans la continuité et la complémentarité des missions CLUSTER/DOUBLE STAR :
• THEMIS étudiera la dynamique à grande échelle de la magnétosphère en particulier les sous-orages et le couplage vent solaire / magnétosphère / ionosphère,
• MMS permettra d’étudier les phénomènes de reconfiguration magnétique à des échelles spatiales (~10 km) et temporelles (40 ms) jamais observées nous donnant ainsi les moyens d’étudier les processus cinétiques fondamentaux à l’origine de la reconnexion magnétique.
Colloque de prospective du PNST, IAP, Paris, 29-30 septembre 2005