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PNST, IAP 28 septembre 20051 Prospective Spatiale Solaire Synthèse et mise à jour des présentations de la réunion Missions Spatiales Solaires (12 avril.

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1 PNST, IAP 28 septembre Prospective Spatiale Solaire Synthèse et mise à jour des présentations de la réunion Missions Spatiales Solaires (12 avril 2005) Jean-Claude Vial et al.

2 PNST, IAP 28 septembre Missions en cours et en préparation SOHO ULYSSES Solar Orbiter STEREO SDO Solar Probe PICARD SMESE/ASPICS CORONAS-PHOTON

3 PNST, IAP 28 septembre Prospective Spatiale Solaire Le contexte : Exercice de prospective mené par le CNES en juillet 2004 : continuation du programme microsat, mise sur pied du programme Vol en Formation ou VF (inclut une proposition de mission de coronographie solaire): fin de phase 0 à lautomne 2005 diverses initiatives faisant suite aux discussions entre agences spatiales française et chinoise en octobre 2004 et septembre 2005 Glissements du calendrier Solar Orbiter à l'ESA -> trou de missions avant 2013 si ce nest 2015 ou 2017 ou pire ! Mise sur pied dun Groupe Cosmic Vision (F) pour réponses AO européennes Réunion MMS (12 avril) : Objectifs tenus Information de la communauté Débat scientifique Mais … Contribution PNST à la mise à jour de la prospective SHM (le dernier exercice SHM date de septembre 2004) et CSA est encore à faire.

4 PNST, IAP 28 septembre Prospective Spatiale Solaire Missions concernées : Toutes les missions proposées au-delà de lhorizon STEREO, Solar-B, SDO, PICARD ( ) Solar Orbiter (2013 ? 2015 ?..) Les propositions remote sensing Les propositions in-situ Microsatellites : Lyot, Mirages, Golf-NG SolarNet Vol en Formation : Aspics Coopération France-Chine : SMESE, KUAFU Télescopes de surveillance Halpha Cosmic Vision ( ) Sonde Solaire : Orbiteur Polaire Le Soleil en tant quaccélérateur de particules

5 PNST, IAP 28 septembre Prospective Spatiale Solaire Intérieur Solaire Rôle clé joué par le magnétisme interne Fabrication « locale » et émergence du champ magnétique Convection aux pôles et dynamo Solar Orbiter VIM : Magnétographe Visible Pixel : 70 km Bl : S/N = 10 3 en 30s (10 G) Bt : S/N = 10 3 en 30s (200 G) Calendrier : > > ?

6 PNST, IAP 28 septembre Prospective Spatiale Solaire Atmosphères Solaires : couronne, vent Résoudre les échelles fondamentales des processus et applications au chauffage couronne, origine vent solaire, … Solar Orbiter EUI : Imageur EUV Two instruments: HRI for resolution: 0.5 arc-sec in 17 arc-min field (2k x 2k detector array) => 70 km sur le Soleil HRI spectral bands: 13.3 nm, 17.4 nm, 30.4 nm 3 different HRI telescopes optimised for each spectral band TBC FSI field: 4.75 arc-sec ( 9.5 arc-sec) in 5.4° field (4k x 4k) => 700 km on the Sun FSI spectral bands: TBD in 17.1 – 30.4 nm single telescope Diameter of HRIs and FSI = driven by radiometry and not diffraction (FSI 5 mm, HRI 30 mm) Calendrier : > > ?

7 PNST, IAP 28 septembre Prospective Spatiale Solaire Atmosphères Solaires : couronne ; région de transition Résoudre les échelles fondamentales des processus et applications au chauffage couronne, origine vent solaire, … Solar Orbiter EUS : Spectro EUV Observer la distribution sur le champ des raies des ions venant de différentes températures. (analyse en DEM) Mesure du déplacement Doppler, pour fournir la vitesse sur la ligne de visée. 1.Couverture spectrale. Plusieurs gammes (3?), avec des raies typiquement coronales, région de transition, chromosphère. eg A, A, 912+ A. 2.Résolution spectrale 0.02 A 3.Champ de vue >3 arcmin x 1 arcsec (fente) 4.Champ de vue >3 arcmin x 3 arcmin (image par raster) 5.Pixel 1 arcsec ( = 135 km à 0.2 A.U.) 6.Cadence <1 minute. Calendrier : > > ?

8 PNST, IAP 28 septembre Prospective Spatiale Solaire Atmosphères Solaires (couronne) Caractériser les régions polaires et équatoriales à partir de latitudes élevées Solar Orbiter COR : Coronographe visible (EUV optionnel) Rsol & pixel < 8 arcsec (à 0.2 UA) Mais … pbs liés aux variations de la distance héliocentrique et dépointage du satellite et environnement thermique => Side-Looking Coronagraph (SILC) FOV à 0.6 UA : 1.2 – 6.5 R FOV à 0.21 UA : 1.2 – 3.3 R

9 PNST, IAP 28 septembre Prospective Spatiale Solaire Atmosphères Solaires : vent Connaissance du vent solaire (point de vue plasma) n, T, P, composition, flux de chaleur, anisotropies, inhomogénéités, turbulence ? Les processus locaux Mesure des fonctions de distribution pour quantifier les échanges ondes/particules. Traces daccélérations, de chauffages Structures coronales/Caractéristiques locales du plasma Degrés dionisation des ions comme traceur des structures coronales Fonctions de distribution comme traceurs de la topologie magnétiques (électrons) Particules de hautes énergies Solar Orbiter (1) SWA: Solar Wind Plasma (2) Analyser : e, p, alphas, (3) Gamma et Neutrons (4)R&T spectros a temps de vol : Oui pour SO.

10 PNST, IAP 28 septembre Prospective Spatiale Solaire Atmosphères Solaires : vent Mesure des fluctuations magnétiques dans le vent solaire : Ondes ELF/VLF & turbulence d'Alfvén : Turbulence Whistler et ondes acoustique ioniques: Solar Orbiter Jeu de 2 capteurs magnétiques permettant la caractérisation des fluctuations magnétiques à 0.2 UA dans la bande allant de 1 Hz jusqu'à quelques MHz Boucle magnétique HF avec preamplificateur Dimension : 200 mm Masse totale : 200g Puissance : 300mW (±5V) Search Coil triaxial ELF-VLF

11 PNST, IAP 28 septembre Prospective Spatiale Solaire Atmosphères Solaires : vent Corrélations ondes / particules, micro-physique et Turbulence : « Do the observed spectra contain indications or relics of ion cyclotron heating in the corona » Solar Orbiter RPW : Ondes Mesure de bruit thermique 10 kHZ -> 20 MHz Radio Bursts Lyman line Hydrogen neutre en équilibre collisionel avec H+ => T ~ K T ll ~ 10 6 K

12 PNST, IAP 28 septembre Prospective Spatiale Solaire Intérieur Solaire Rôle clé joué par le magnétisme interne La tachocline /la dynamo solaire Cyclicité/la dynamo solaire GOLF-NG Mesures de modes de bas degré (0-5) pendant plusieurs cycles solaires Vitesses en 16 points de la raie D2 = 16 altitudes Prototype en développement GOLFNG sol 2006 SolRaD: GOLFNG spatial avec un minimum de pixels microsatellite 2010 ou sur une autre mission solaire –Idem sur une sentinelle L1 –Complementaire de SDO et PICARD –Une grosse mission SolRaD –Poster DynaMICS

13 PNST, IAP 28 septembre Prospective Spatiale Solaire Atmosphères Solaires : de la chromosphère à la couronne Ejections de masse coronale, éruptions de protubérance, basse couronne Eruptions (flares), accélération de particules, transport dénergie de la couronne vers la photosphère Microsatellite : SMESE (Small Explorer for Solar Eruptions) LYOT (F): imagerie-coronographie UV (Lalpha) et EUV (19.5 nm) Polar ? MIRAGES : DESIR (F) : première détection des éruptions solaires en IR lointain (~ 35 et 150 m); HEBS (Chine): spectroscopie X durs et 100 keV- 500 MeV) Plate-forme MYRIADE Orbite héliosynchrone; 2 stations Réunion CNES-CNSA (septembre 2005) #1 Phase A dès 2006 ? Lancement 2011 ? Simultanéité SDO –

14 PNST, IAP 28 septembre Imager 195 Lyman α Imager Guiding telescope Lyman α Coronagraph DESIR HEBS

15 PNST, IAP 28 septembre Prospective Spatiale Solaire Atmosphères Solaires : de la chromosphère à la couronne (1) Ejections de masse coronale, éruptions de protubérance, basse couronne Vol en Formation : ASPICS (Association de Satellites Pour lImagerie et la Coronographie Solaire) 3 coronographes haute résolution, occultation externe, aussi près que 0.1 Rsol du disque –Lumière blanche ( nm) non polarisée –Ly (121.6 nm) –He II (30.4 nm) ou O VI (103.2 nm) Résolution : 3 Temps dexposition : 0.1 sec - 10 sec. Détecteurs : 4k x 4k Cadence : 1 image / 3 minutes

16 PNST, IAP 28 septembre Prospective Spatiale Solaire Atmosphères Solaires : de la chromosphère à la couronne (2) Vol en Formation : ASPICS 2 imageurs haute résolution : –Ly (121.6 nm) : inspiré de LYOT ou SDO/MAGRITTE –He II (30.4 nm) + Fe IX/X (17.1 nm) + Fe XII (19.5 nm) Résolution : 1 Temps dexposition : 0.01 sec - 10 sec. Détecteurs : 4k x 4k Cadence : 1 image / 3 minutes Complément de phase 0 sur un ASPICS 2 (cf. poster) Interfero (FP)-coro dans raie rouge, verte, D3 de He + continu Phase 0 terminée Examen par le CERES le 17 octobre pour phase A éventuelle

17 PNST, IAP 28 septembre Prospective Spatiale Solaire Atmosphères Solaires : photosphère, chromosphère, région de transition et couronne (1) Solar Dynamo Global Circulation Far-side Imaging Solar Subsurface Weather Coronal Magnetic Field Magnetic Connectivity Sunspot Dynamics Magnetic Stresses Interior Structure NOAA 9393 Far-side Irradiance Sources

18 PNST, IAP 28 septembre Prospective Spatiale Solaire Atmosphères Solaires : photosphère, chromosphère, région de transition et couronne (2) SolarNet : Un INTERFEROMETRE plutôt qu'un grand télescope : –Taille réduite -> PROTEUS & Eurockot –Pointage et thermique simplifiés des petits télescopes –Primaires simples (pas d'actuateurs) –Mise en phase -> Télescope "parfait Configuration compacte : 3 télescopes de Ø350 mm Résolution spatiale de 0,025 (20–30 km sur le Soleil) Instrument focal adapté : un spectro-imageur 110–400 nm (double monochromateur soustractif FUV–UV et IFTS) Maquette au Grand Sidé (pointage numérique actif OK) Contacts avec les Chinois –

19 PNST, IAP 28 septembre Prospective Spatiale Solaire Météorologie spatiale : du Soleil à la Terre The space-weather explorer will observe the complete chain of actions/reactions from the solar atmosphere to geo-space, including solar flares, CMEs, interplanetary clouds, shock waves, solar energetic particles, and their geo-effectiveness in terms of sub-storms, magnetic storms, and auroral activities La mission KUAFU KuaFu-A at L1:solar EUV emission white light CME radio waves local plasma and magnetic field high energy particles KuaFu-B1+2 in polar Earth orbit: aurora oval imaging magnetic field high energy particles Mission begin: around next solar maximum (2012)

20 PNST, IAP 28 septembre Prospective Spatiale Solaire La mission KUAFU Coro : Field of View Rsun solar elongation (±3.5°) Spatial Scale14 arcsec Focal Plane Array2048 × 2048, 13.5 m-pixel, 14 bit/pixel Bandpass nm Exposure times 3 s; 3 x 10 s for pB

21 PNST, IAP 28 septembre Prospective Spatiale Solaire Atmosphères Solaires : chromosphère Full disk chromospheric imaging & polarimetry : Le champ magnétique chromosphérique semble plus diffus et pas « exactement » corrélé avec le champ photosphérique « extrapolé » Halpha, Fabry-Perot sur CORONAS-PHOTON Surveillance de lactivité solaire et ses applications à la météo de lespace : Télescope spatial Halpha: Avantages de lobservation spatiale: Un seul télescope Observations 24H/24 Homogénéïté des données Pas daléas météorologiques Pas deffet de seeing Gestion centralisée des données en base unique Peut sintégrer selon opportunité à toute plateforme pointée en permanence vers le soleil (poids 20 kg, consommation 20 W) Technologie: filtre l variable entre +/- 2 A, largeur 0.25 A Cadences: Filaments: 120 s Eruptions et ondes de Moreton: 20 Détecteur automatique dévénement indispensable

22 PNST, IAP 28 septembre Prospective Spatiale Solaire Réflexions personnelles Solar Orbiter : mission prioritaire mais quel calendrier ? Mission intermédiaire, modeste, en complément de SDO : SMESE, GOLF-NG, ASPICS II ? Positionnement de missions ambitieuses : ASPICS (I), Solar Net, KUAFU ? Cosmic Vision


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