Prospective Spatiale Solaire Synthèse et mise à jour des présentations de la réunion Missions Spatiales Solaires (12 avril 2005) Jean-Claude Vial et al. PNST, IAP 28 septembre 2005 Comité adhoc C.N.E.S. 25 juin 2001

Missions en cours et en préparation 2005 2010 2015 SOHO ULYSSES Solar Orbiter Solar Probe STEREO SDO PICARD SMESE/ASPICS CORONAS-PHOTON PNST, IAP 28 septembre 2005

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 l’automne 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 n’est 2015 ou 2017 ou pire ! Mise sur pied d’un 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. PNST, IAP 28 septembre 2005 Comité adhoc C.N.E.S. 25 juin 2001

Prospective Spatiale Solaire Missions concernées : Toutes les missions proposées au-delà de l’horizon STEREO, Solar-B, SDO, PICARD (2006-2008) 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 (2015-2025) Sonde Solaire : Orbiteur Polaire Le Soleil en tant qu’accélérateur de particules PNST, IAP 28 septembre 2005 Comité adhoc C.N.E.S. 25 juin 2001

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 = 103 en 30s (10 G) Bt : S/N = 103 en 30s (200 G) Calendrier : 2013 -> 2015 -> ? PNST, IAP 28 septembre 2005 Comité adhoc C.N.E.S. 25 juin 2001

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 : 2013 -> 2015 -> ? PNST, IAP 28 septembre 2005 Comité adhoc C.N.E.S. 25 juin 2001

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. Couverture spectrale. Plusieurs gammes (3?) , avec des raies typiquement coronales, région de transition, chromosphère. eg. 170-220 A, 580-630 A, 912+ A. Résolution spectrale 0.02 A Champ de vue >3 arcmin x 1 arcsec (fente) Champ de vue >3 arcmin x 3 arcmin (image par raster) Pixel 1 arcsec ( = 135 km à 0.2 A.U.) Cadence <1 minute. Calendrier : 2013 -> 2015 -> ? PNST, IAP 28 septembre 2005 Comité adhoc C.N.E.S. 25 juin 2001

Prospective Spatiale Solaire Atmosphères Solaires (couronne) Caractériser les régions polaires et équatoriales à partir de latitudes élevées Solar Orbiter COR : Coronographe visible (EUV optionnel) 1.2-3.5 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 PNST, IAP 28 septembre 2005 Comité adhoc C.N.E.S. 25 juin 2001

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 d’accélérations, de chauffages Structures coronales/Caractéristiques locales du plasma Degrés d’ionisation des ions comme traceur des structures coronales Fonctions de distribution comme traceurs de la topologie magnétiques (électrons) Particules de hautes énergies Solar Orbiter SWA: Solar Wind Plasma Analyser : e, p, alphas, Gamma et Neutrons R&T spectros a temps de vol : Oui pour SO. PNST, IAP 28 septembre 2005 Comité adhoc C.N.E.S. 25 juin 2001

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 Search Coil triaxial ELF-VLF Dimension : 200 mm Masse totale : 200g Puissance : 300mW (±5V) PNST, IAP 28 septembre 2005 Comité adhoc C.N.E.S. 25 juin 2001

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 a line Hydrogen neutre en équilibre collisionel avec H+ => T  ~ 3 106 K T ll ~ 106 K PNST, IAP 28 septembre 2005 Comité adhoc C.N.E.S. 25 juin 2001

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 2018-2030 Poster DynaMICS PNST, IAP 28 septembre 2005 Comité adhoc C.N.E.S. 25 juin 2001

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 d’énergie 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 g (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 PNST, IAP 28 septembre 2005 Comité adhoc C.N.E.S. 25 juin 2001

Imager 195 DESIR Guiding telescope Lyman α Imager HEBS Lyman α Coronagraph DESIR HEBS PNST, IAP 28 septembre 2005

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 l’Imagerie et la Coronographie Solaire) 3 coronographes haute résolution, occultation externe, aussi près que 0.1 Rsol du disque Lumière blanche (540-640 nm) non polarisée Ly  (121.6 nm) He II (30.4 nm) ou O VI (103.2 nm) Résolution : 3’’ Temps d’exposition : 0.1 sec - 10 sec. Détecteurs : 4k x 4k Cadence : 1 image / 3 minutes PNST, IAP 28 septembre 2005 Comité adhoc C.N.E.S. 25 juin 2001

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 d’exposition : 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 PNST, IAP 28 septembre 2005 Comité adhoc C.N.E.S. 25 juin 2001

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 PNST, IAP 28 septembre 2005 Comité adhoc C.N.E.S. 25 juin 2001

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 PNST, IAP 28 septembre 2005 Comité adhoc C.N.E.S. 25 juin 2001

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 Mission begin: around next solar maximum (2012) PNST, IAP 28 septembre 2005 Comité adhoc C.N.E.S. 25 juin 2001

Prospective Spatiale Solaire La mission KUAFU Coro : Field of View 2.5-15 Rsun solar elongation (±3.5°) Spatial Scale 14 arcsec Focal Plane Array 2048 × 2048, 13.5 m-pixel, 14 bit/pixel Bandpass 650-750 nm Exposure times 3 s; 3 x 10 s for pB PNST, IAP 28 septembre 2005 Comité adhoc C.N.E.S. 25 juin 2001

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 l’activité solaire et ses applications à la météo de l’espace : Télescope spatial Halpha: Avantages de l’observation spatiale: Un seul télescope Observations 24H/24 Homogénéïté des données Pas d’aléas météorologiques Pas d’effet de seeing Gestion centralisée des données en base unique Peut s’intégrer 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 d’événement indispensable PNST, IAP 28 septembre 2005 Comité adhoc C.N.E.S. 25 juin 2001

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 PNST, IAP 28 septembre 2005 Comité adhoc C.N.E.S. 25 juin 2001