PHEBUS : PROBING OF HERMEAN EXOSPHERE BY ULTRAVIOLET SPECTROSCOPY

PHEBUSProbing of Hermean Exosphere By Ultraviolet Spectroscopy

PHEBUS : PROBING OF HERMEAN EXOSPHERE BY ULTRAVIOLET SPECTROSCOPY

J-Y Chaufray and E. QuémeraisLATMOS

Atelier du pôle système solaire de l’IPSL, 17-18 avril 2013

PHEBUSProbing of Hermean Exosphere By Ultraviolet SpectroscopyPHEBUSProbing of Hermean Exosphere By Ultraviolet Spectroscopy

PHEBUS : Objectifs : SurfaceCartographie des glaces polaires

LAMP/Lunar Reconnaissance Orbiter

Gladstone et al. 2012

Albédo Lyman-alpha : Lune Glaces d’eau détectées dans les régions

polaires en permanence à l’ombre de Mercure et la Lune par MESSENGER

(ex Neumann et al. 2012 ; Lawrence et al. 2012 )

Glaces apportées par l’impact de comètes

Il est possible d’étudier ces régions en UV en mesurant le flux interplanétaire et stellaire réfléchie par la surface de ces régions (Lune par Lunar Reconnaissance Orbiter)

Mesures de PHEBUS

Cartographie de l’albédo UV des régions en permanence à l’ombre et contenant de la glace

Détection des produits de dissociation (H2, OH, H, O)


PHEBUS : Objectifs : ExosphereEtude de l’exosphère : origine, composition, dynamique, son interaction avec la surface

Raies d’émissions atomiques et moléculaires Variations spatiales (verticale, horizontale) de la densité des espèces connues (He, H, O, Ca,

Mg, ...) Recherche de nouvelles especes (Si, S, H2, OH, Ar, Xe, C+, O+, Na+) Variations temporelles : orbite de Mercure, interaction magnetosphere /exosphere

Crust

Photo StimulatedDesorption

SolarWindsputtering

Absorption of neutral and magnetospheric ion + meteoroid supply

Exosphere

Photoionization

Neutral loss

Adapted from Killen and Ip (1999)

ThermalDesorption

Regolith

Micro-Meteoritic

Impact


PHEBUS : Objectifs : Milieu interplanétaireEtude du rayonnement interplanétaire : H 121.6 nm et He 58.4 nm à l’orbite de Mercure

SWAN/SOHO


Modes d’observations1 - Twilight Mode

2 - Vertical Scan Mode

3 - Fixed LOS Mode

4 - Feature Tracking Mode

5 - Nadir Mode

6 - Star Mode Vertical Scan ModeTwilight Mode

Line of sight

Line of sightNadir Mode

Feature Tracking Mode

Fixed LOS Mode

Star Mode


PHEBUSProbing the Hermean Exosphere by Ultraviolet Spectroscopy

Spectromètre EUV-FUV Détecteur EUV : 55 – 155 nm Détecteur FUV : 145 – 315 nm +2 Détecteurs NUV (K 404 nm ; Ca 422 nm)

Entrance baffle

Off axis parabolic mirror

Rotating mechanism

Entrance slit

Holographic gratingsEUV detector

FUV detector

NUV detector

Partie collectrice

Partie spectrométrique

Taille = 500 x 400 x 400 mm Masse = 7.2 kgPuissance consommée : 25 W max

FUV EUV

NUV

NUV


PHEBUS block diagram

baffleslit FUV grating

EUV grating

FUV detector [145 – 315nm]

EUV detector [55-155nm]

NUV detector 404, 422 nm

House keeping monitoring

mechanical structure

thermal housing

DPU

Spacecraft

Power converter

Scanner mechanism

mirror shutter

Pumping device

French responsibilities Russian and Japanese responsibilities


PHEBUS STM (Structure and Thermal Model) intégré sur MPO STM

PHEBUS sur Mercury Planetary Orbiter


Spectre UV simulés sur les détecteurs

Simulateur des émissions exosphériques (modèle radiométrique)


- Quelques espèces facilement détectables (< 1 min).• EUV range : He I, CO, O I, H I, C I, N I• FUV range : Mg I, Si I, Na I, C I, Fe I, S I, Al I, CO, H I, Ni I, Mg II, O I

- Quelques espèces qui nécessitent un très grand temps d’intégration pour être observée (>> 1 hour).

• EUV range : Kr I, Ar I• FUV range : Al II, K I

- Quelques espèces non résolues spectralement.• EUV range : Xe I with S I• FUV range : OH with Al I

- Limite de détection estimée.• EUV range : ~ 0.1 Rayleigh• FUV range : ~ 0.2 Rayleigh

- Résolution spectrale théorique• EUV range : 0.5 nm• FUV range : 0.8 nm

Résultats attendus

1 Rayleigh = 106/4 photons/cm2/s/str


Etalonnage optique au sol

Calibration au sol

Instrument

Geometrique Radiometrique Spectrale

G or S FOV Geff or Seff M0i ISRFPSF

EUV FUV NUV

Bandwidth

Sub - System

Geometric and/or Radiometric and/or Spectral

Modèle de Qualification (QM) Mesures des propriétés optiques des sous éléments du modèle QM Alignement optique (miroir/scan, fente) Atténuation du baffle Facteur géométrique, Field of view (FOV)Mesures sur modèle complet en aout 2013

Objectifs : relier la mesure R à l’intensité de la source I


Statut du développementStructure and Thermal model (STM)Integration : 2-3 June 2011

Modèle électronique (EM)

Integration/ETB tests : 22-25 March 2011EM IST : 1-2 September 2011

Modèle de Qualification (QM)

Modèle de vol (FM)

Fin campagne de qualification QM Juin 2013Etalonnage optique du système complet : Aout 2013 (Université de Padoue)Livraison ESA Sept 2013

Livraison printemps 2014

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