RPI sur IMAGE

Lancée le 25 mars 2000 par une fusée Delta II depuis la base de Vandenberg de l’armée de l’air américaine (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 décembre 2005 alors que sa durée nominale était initialement de deux ans.

IMAGE mission

Copyright NASA

La mission IMAGE associe trois techniques pour déterminer le comportement global de la magnétosphère terrestre et sa réponse aux fluctuations du vent solaire :

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

La participation scientifique du LESIA correspond à l’exploitation des données de l’expérience RPI sur IMAGE par la technique de mesure de spectroscopie du bruit thermique, développée au LESIA, pour déterminer certaines propriétés du plasma : densité et température électroniques en particulier, mais aussi champ magnétique dans la plasmasphère.

Sur le plan technique, le LESIA a réalisé les circuits d’adaptation d’impédance des antennes et les préamplificateurs électriques de l’instrument radio RPI (Radio Plasma Imager). Les compétences du LESIA en "propreté" électromagnétique ont aussi été largement utilisées (héritage de R. Manning, et ceci a certainement été très bénéfique à l’ensemble du projet). L’imageur radio RPI fonctionne suivant le principe du sondage actif : une brève impulsion de fort niveau est émise sur des antennes électriques puis le récepteur est mis en écoute de l’écho. Le retard et la direction d’arrivée de cet écho permettent de déterminer l’endroit où l’onde transmise a été réfléchie, là où la fréquence de plasma locale est égale à la fréquence de l’onde.

L’orbite de IMAGE

Vue de l’orbite polaire de la mission IMAGE

IMAGE possède une orbite elliptique polaire dont l’apogée est de 7.2 rayons terrestres (45,922 km) et un périgée de 1000 km d’altitude. La position de l’apogée est modifiée au cours des deux années de la mission à la fois en latitude et en temps local du fait de la révolution de la Terre autour du Soleil. L’apogée initiale est de 40 degrés nord en latitude. Au cours de la première année de la mission, l’apogée a une précession de 40 à 90 degrés nord de latitude, c’est à dire une position directement au-dessus du Pôle Nord, puis continue jusqu’à retourner à 40 degrés 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’apogée 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 présence sur IMAGE de plusieurs antennes dipôles électriques (fils) de longueurs très différentes permet un diagnostic in situ du plasma par spectroscopie du bruit thermique dans une grande partie des régions traversées.

PLASMAPAUSE : grâce aux mesures locales par spectroscopie de bruit thermique, il est possible de cartographier cette région de l’environnement terrestre. Tout comme l’étude de la structure en latitude dans la magnétosphère de Jupiter, l’utilisation d’un modèle cinétique fondé sur le filtrage des vitesses par le champ électrique peut être appliqué à la plasmapause de la Terre.

CORRELATIONS ENTRE LES MESURES IN SITU ET L’IMAGERIE GLOBALE : Les mesures in situ de la densité électronique et de la température sont un complément inestimable afin de séparer les effets globaux des effets locaux et d’étudier leur interdépendance. Ainsi IMAGE permet de localiser les sites de déclenchement et d’extension de la reconnexion magnétique sur la magnétopause, et de suivre l’évolution anti-solaire des tubes magnétiques remplis de plasma à la fois par cartographie 3D et par, repérage 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 modéliser les phénomènes de couplage ionosphère-cornet polaire.

SYNERGIE AVEC CLUSTER II : Un objectif d’IMAGE est de sonder la magnétopause depuis l’intérieur de la magnétosphère. La facilité de la détection est fonction des propriétés de cette surface, en particulier des irrégularités ou ondulations qu’il pourrait y avoir, dues, par exemple, aux ondes induites par l’instabilité de Kelvin-Helmholtz. Ces résultats sont comparés directement avec les données Cluster II.

Les modèles de vol avant leur livraison

Modèle de vol de l’instrument radio développé au LESIA, avant leur livraison

Vue d’un préamplificateur électrique

Vue d’un préamplificateur électrique

Vue d’un sondeur atmosphérique.

Vue d’un sondeur atmosphérique.