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Futures missions magnétosphériques multi-satellites : THEMIS & MMS Le Contel O. et A. Roux Centre détude des Environnements Terrestre et Planétaires (CETP),

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1 Futures missions magnétosphériques multi-satellites : THEMIS & MMS Le Contel O. et A. Roux Centre détude des Environnements Terrestre et Planétaires (CETP), Institut Pierre Simon Laplace (IPSL), UVSQ/CNRS, Vélizy. Colloque de prospective du PNST, IAP, Paris, septembre 2005

2 Contexte général exceptionnel Succès de la mission CLUSTER (ASE) (prolongée jusquen 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 laccélération 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, septembre 2005

3 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 lénergie entre le vent solaire et la Terre Région aurorale Conversion de lénergie magnétique en énergie cinétique Accélération des particules Sous-orages magnétosphériques Colloque de prospective du PNST, IAP, Paris, septembre 2005

4 Sous-orage auroral (daprès Akasofu, 1964) Caméra UV du satellite POLAR Colloque de prospective du PNST, IAP, Paris, septembre 2005

5 Deux classes de modèles CLUSTER Colloque de prospective du PNST, IAP, Paris, septembre 2005

6 La Mission THEMIS ( Time History of Events and Macroscale Interactions during Substorms ) Objectif scientifique : mission dédiée à létude « 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 R T distantes ~2 R T, 1 sonde ~20 R T et 1 sonde ~30 R T 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, septembre 2005

7 Observations simultanées (10 s) au sol et in situ Colloque de prospective du PNST, IAP, Paris, septembre 2005 Par an : sous-orages en conjonction / (CLUSTER) Détection du déclenchement du sous-orage MLT <0.5 ° et t <10 s

8 Participations françaises (soutien CNES) Colloque de prospective du PNST, IAP, Paris, septembre 2005 CETP (A. Roux, O. Le Contel) 5 systèmes tri-axiaux dantennes 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

9 Orbite équatoriale : CLUSTER est en orbite polaire Orbite plus appropriée pour étudier la reconnexion magnétique Distance inter-satellite plus faible 10 km-200 km : 200 km km pour CLUSTER Distances nécessaires pour comprendre les processus physiques à léchelle de la dynamique des électrons Meilleures résolutions temporelles : 4s pour les mesures particules sur CLUSTER Entre 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 spin Le champ électrique parallèle au champ magnétique est très important pour comprendre laccélération des particules MMS-SMART La mission MMS (Magnetospheric Multi-Scale mission) Colloque de prospective du PNST, IAP, Paris, septembre 2005

10 CETP (A. Roux, O. Le Contel) 4 systèmes tri-axiaux dantennes 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 léquipe 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, septembre 2005

11 Sous-orage : 17 août 2003 Bx 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 jusquà 80 nA/m 2 (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 Colloque de prospective du PNST, IAP, Paris, septembre 2005

12 Emissions dondes intenses : Composante Bz mesurée par STAFF-SC à bord des 4 satellites CLUSTER entre 0.3 et 225 Hz : Puissance intégrée ~1 nT 2 Etude actuelle : Relation entre les émissions dondes, les oscillations de la couche fine et la reconfiguration par pallier du champ magnétique. Importance de leffet Doppler UT 1709 UT Sous-orage : 17 août 2003 Colloque de prospective du PNST, IAP, Paris, septembre

13 Bx By Bz Ni Vx,i Vy,i Jx Ey Sous-orage : 17 Août 2003 Reconfiguration: UT Observations dondes cyclotroniques (H+) f~ Hz : Oscillations By et Bz ~ +- 5 nT Ey ~ mV/m Oscillations du courant : Jx ~ +-25 nA/m2 and Jy ~ nA/m2 Valeur négative de Jy ! Effet Doppler possible avec Vx,i Accélération des électrons et des ions Vx,i ~ 1200 km/s (et Vxe ~ 3000 km/s) Reconfiguration par pallier ( Bx augmente) Jy Colloque de prospective du PNST, IAP, Paris, septembre 2005

14 Sous-orage : 17 Août 2003 Ondes cyclotron (H+) observées par STAFF: δj |, δB and δEy(sr2) avec f ~ Hz Filtrage « spatial » par le tétraèdre (200 km) à ~ 3 Hz => nécessité de plus petites distances Colloque de prospective du PNST, IAP, Paris, septembre

15 La forme donde indique clairement quil existe des structures magnétiques dont léchelle est plus petite que la 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, septembre 2005

16 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 détudier les phénomènes de reconfiguration magnétique à des échelles spatiales (~10 km) et temporelles (40 ms) jamais observées nous donnant ainsi les moyens détudier les processus cinétiques fondamentaux à lorigine de la reconnexion magnétique. Colloque de prospective du PNST, IAP, Paris, septembre 2005


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