LA MISSION PICARD PI: G. Thuilier (SA)

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1 LA MISSION PICARD PI: G. Thuilier (SA)
Pierre Assus Gabrielle Berthomieu Thierry Corbard Christian Delmas Jean-Louis Falin Fréderic Morand Janine Provost Jean-Pierre Rozelot + S. Pireaux (Post-doc CNES), N. Fazel (Thése), C. Damiani-Badache (Stage ENSM) Jean Picard ( ) Maunder Minimum ( ) => Rayon .5 as plus grand Sophie Pireaux, Post-doc CNES (2ans) Thème: « Couplage spin-orbite et astrodynamique solaire dans un cadre relativiste ». Nayyer Fazel (Ex: Université de Tabriz-Iran), thésitive UNSA-OCA (3 ans) « Variabilité solaire. Une approche globale tenant compte de la forme globale du Soleil ». Cilia Damiani-Badache (6 mois) Ecole Nationale Supérieure des Mines de Paris (3ème Année) « Variabilité du diamètre solaire: krigeage des observations , effectuées au moyen des astrolabes solaires ». Journées Scientifiques de l’O.C.A Jan 2005

2 Les Objectifs Scientifiques de la mission PICARD
Mieux comprendre le Soleil, l’origine de son cycle d’activité et son influence sur le climat terrestre Astrométrie solaire Mesurer le diamètre, l’asphéricité et leurs variations au cours du temps. Valider les mesures au sol et leur précision. Permettre cette étude à cours et long terme (mesures absolues). Radiométrie Mesurer l’irradiance totale (constante solaire) et établir la relation: variation du diamètre / variation de l’irradiance. Enregistrer les variations de l’irradiance spectrale UV Influence sur l’ozone et le climat. Héliosismologie Profiter des observations au limbe pour observer les oscillations acoustiques de basses fréquences et chercher à détecter les modes de gravité. Journées Scientifiques de l’O.C.A Jan 2005

3 I- Astrométrie: Les séries de CALERN (F. Laclare)
1999 Début Doraysol Journées Scientifiques de l’O.C.A Jan 2005

4 I- Astrométrie: Les séries de CALERN (F. Laclare)
Journées Scientifiques de l’O.C.A Jan 2005

5 I- Astrométrie: État actuel des mesures du rayon solaire
Auteurs Lieu Cycle Amplitude (mas) Periode Meth./Inst. Ulrich, 1995 Mt Wilson En phase 400 Scanning Penna et al, 2002 Rio - Astrolabe Noel, 2003 Santiago En Phase 1000 Sveshnikov, 2004 500 Transit de Mercure Delmas, 2002 Calern Opposition 200 Sofia et al., 1985 470 1925/1979 Eclipses Egidi et al., 2004 Ballon SDS Brown, 1998 HAO Méridien Wittmann, 2003 Tenerife <50 Kuhn et al.,2004 MDI <10 Imageur Antia et al. 2003 sismique Journées Scientifiques de l’O.C.A Jan 2005

6 I- Astrométrie: Asphéricités
Astrolabe du Calern Ces écarts à la sphéricité mesurés à l’astrolabe de CALERN sont cohérents avec les mesures obtenues au Brésil et à l’héliomètre du Pic du Midi Hélio-latitude Journées Scientifiques de l’O.C.A Jan 2005

7 I- Astrométrie: Conclusions
Pour améliorer la situation au sol: Définition commune du diamètre Améliorer la qualité des mesures, les rendre plus impersonnelles Choisir un domaine spectral commun en évitant les raies de Fraunhofer Étudier les effets de l ’atmosphère  PICARD, instrument de métrologie dédié, donnera la précision nécessaire avec des mesures hors atmosphère, stables et calibrées. De plus il permettra d’harmoniser et d’interpréter les résultats obtenus au sol et de valider les mesures d’asphéricité. Journées Scientifiques de l’O.C.A Jan 2005

8 II - Radiométrie Il faut assurer la continuité des mesures.
Ce composite a pu être construit grâce à plusieurs radiomètres de type différent ayant des périodes de recouvrement. Enjeux:  Évolution séculaire / Influence sur le climat ?  Modèles d’atmosphères avec couplage Stratosphère-Troposphère (Variation d’Irradiance spectrale UV ~ 8%) Journées Scientifiques de l’O.C.A Jan 2005

9 III - Héliosismologie Enjeux: Méthode:
Aucun mode de gravité n’a encore été détecté avec certitude, les instruments de SOHO ont cependant permis de placer des limites pour leur détectabilité (<2mm/s ou 0.1 ppm) . La connaissance du cœur solaire demeure essentielle pour comprendre l’évolution dynamique du Soleil et des étoiles et pour apporter de nouvelles contraintes sur la physique des neutrinos. Méthode: Une amplification des modes au limbe a été prédite théoriquement par Toutain et al. (1999) et vérifiée expérimentalement pour les modes p en utilisant les images de SOHO. PICARD aura une résolution et une stabilité au limbe supérieure permettant d’exploiter ce facteur d’amplification pour la recherche des modes basses fréquences. Journées Scientifiques de l’O.C.A Jan 2005

10 III - Héliosismologie Enjeux: Méthode: Toner, Jefferies & Toutain 1999
Aucun mode de gravité n’a encore été détecté avec certitude, les instruments de SOHO ont cependant permis de placer des limites pour leur détectabilité (<2mm/s ou 0.1 ppm) . La connaissance du cœur solaire demeure essentielle pour comprendre l’évolution dynamique du Soleil et des étoiles et pour apporter de nouvelles contraintes sur la physique des neutrinos. Méthode: Une amplification des modes au limbe a été prédite théoriquement par Toutain et al. (1999) et vérifiée expérimentalement pour les modes p en utilisant les images de SOHO. PICARD aura une résolution et une stabilité au limbe supérieure permettant d’exploiter ce facteur d’amplification pour la recherche des modes basses fréquences. Journées Scientifiques de l’O.C.A Jan 2005

11 Les équipes autour de la mission PICARD
PICARD est un satellite de la filière micro-sat du CNES Après une période d’incertitude financière le CNES a définitivement retenu cette mission (Septembre 2004). PICARD a reçu le soutien scientifique de l’ESA et de la NASA (programme ILWS), et le soutien financier de l’ESA pour le centre de mission. La mission repose sur trois instruments construits par le Service d’Aéronomie, le Physikalisch-Meteorologisches Observatorium Davos, World Radiation Center (Suisse), l’Institut Royal Météorologique de Belgique. Autres Laboratoires associés OCA, LUAN, IAS, CEA, LMD et aux Etats-Unis : Université de Yale, GSFC, NRL, HAO Journées Scientifiques de l’O.C.A Jan 2005

12 Les Instruments Astrométrie + Heliosismologie Radiométrie SODISM (F)
(SOlar DIameter and Surface Mapper) Téléscope Ritchey-Chrétien ø11cm CCD 20482 PREMOS (CH) (PREcision Monitor for Oscillation measurements) Radiomètre 4 canaux (215, 268, 535, 782 nm) SOVAP (B) (SOlar VAriability PICARD) Radiomètre différentiel absolu Radiométrie Journées Scientifiques de l’O.C.A Jan 2005

13 CONCEPTION DE SODISM Instrument de métrologie thermiquement stable incorporant une référence angulaire. Les matériaux employés assurent une stabilité mécanique. Quatre prismes fournissent la référence angulaire interne à chaque mesure. Précision évaluée par simulations numériques :  1 mas. La précision à long terme est assurée par une calibration absolue obtenue en pointant des étoiles. (Catalogues Hipparcos - GAIA) Journées Scientifiques de l’O.C.A Jan 2005

14 CONCEPTION DE SODISM Instrument de métrologie thermiquement stable incorporant une référence angulaire. Les matériaux employés assurent une stabilité mécanique. Quatre prismes fournissent la référence angulaire interne à chaque mesure. Précision évaluée par simulations numériques :  1 mas. La précision à long terme est assurée par une calibration absolue obtenue en pointant des étoiles. (Catalogues Hipparcos - GAIA) Journées Scientifiques de l’O.C.A Jan 2005

15 France, Algerie, Brésil, Turquie
Implication de l’O.C.A.:Synergie sol-espace autour de la mission PICARD PICARD-sol SODISM II Astrolabe solaire DORaySol Réseau R2S3 France, Algerie, Brésil, Turquie MISolFA Microsatellite PICARD Journées Scientifiques de l’O.C.A Jan 2005

16 PICARD SOL: Objectifs généraux
Comparer les diamètres dans l’espace et au sol (SODISM I / SODISM II) Comprendre et quantifier les effets de l’atmosphère sur le diamètre (MISOLFA) Raccorder les mesures PICARD aux séries historiques (DORaySol) Poursuivre les mesures au sol après la fin de la mission PICARD Qualification de SODISM sur le Soleil avant intégration sur le satellite Banc de test de modifications pendant le vol Journées Scientifiques de l’O.C.A Jan 2005

17 MISOLFA P. Assus (Chef de projet), A. Irbah (PI), F
MISOLFA P. Assus (Chef de projet), A. Irbah (PI), F. Morand +Collaboration CRAAG (M. Fodil, Y. Saïdi, A. Berja) + Collaboration L.U.A.N (F. Martin, J. Borgnino) MISOLFA est un moniteur de qualité d’images solaire qui mesure continûment les paramètres diurnes de la turbulence atmosphérique (Paramètre de Fried, échelle externe de cohérence spatiale, angle d’isoplanétisme, temps de cohérence, profil de turbulence) Ces paramètres nous permettront de modéliser la réponse impulsionnelle optique (psf) de l’atmosphère et ainsi de rattacher les mesures faites au sol à celles de l’espace. Paramètre de Fried r0 Echelle externe de cohérence spatiale L0 Angle d’isoplanétisme q0 Temps de cohérence t0 Profil de turbulence Cn2(h) Les perturbations atmosphériques sont étudiées en utilisant les images du limbe solaire de deux façons : A – Image directe du bord solaire sur une CCD (agitation du limbe solaire) B – Fluctuations de phase dans une image pupillaire via une technique de type Foucault en utilisant 3 photodiodes Journées Scientifiques de l’O.C.A Jan 2005

18 Date de lancement: Mai 2008 La date de lancement doit permettre de bénéficier de la phase d’activité croissante du cycle 24. Complémentarité avec NASA/SDO dont le lancement est prévu à la même période. Journées Scientifiques de l’O.C.A Jan 2005

19 Echéancier PICARD-SOL
réalisation intégration 2004 2005 2006 2007 tests tests modèles opération MISOLFA Monture SODISM Tests SODISM MV1 Fin d’intégration et mise en œuvre de l’instrument MISOLFA Intégration boîte focale Mise en opération électronique et informatique de pilotage Tests et qualification de l’électronique voie pupille Mise en opération système d’acquisition Campagnes d’observations longue durée en 2006 Amélioration des modèles utilisés pour la turbulence atmosphérique de jour ( ) Préparation de l’intégration de SODISM II Mise en œuvre de l’électronique de pilotage de la monture Etude et réalisation de la boîte étanche qui accueillera l’instrument Interfaçage de l’électronique de l’instrument pour le sol L’arrivée de SODISM II (modèle de vol SODISM) est prévue pour fin 2006 Journées Scientifiques de l’O.C.A Jan 2005

20 Conclusions PICARD Apporte une nouvelle observable pour la modélisation solaire, contribue à la validation des modèles climatiques, assure la continuité des mesures radiométriques (Total et UV) avec SOHO, offre une nouvelle opportunité pour la recherche des modes de gravité, participe à l’ensemble des programmes solaires des années , en particulier avec SDO. Journées Scientifiques de l’O.C.A Jan 2005

21 Conclusions PICARD et l’O.C.A.
L’O.C.A. dispose avec la série de F. Laclare continuée par DORaySol de la plus grande base de données continue de mesures du Rayon Solaire. PICARD représente une opportunité unique pour notre établissement de concrétiser son investissement en obtenant une interprétation claire des mesures au sol. Cette mission nous permet d’envisager la continuation de ce travail sur le long terme avec un effort d’uniformisation des mesures au sol et la mise en place du réseau R2S3. L’équipe travaillant autour de PICARD à l’OCA est inter-département (Gémini-Cassiopée). L’effort à mener pour le développement de PICARD sol au cours des 2 prochaines années est considérable et repose sur deux ingénieurs à temps partiel. Rosaria Simoniello, Université de Birmingham Candidate Bourses Poincaré 2005 « Solar limb-seismology and asterosismology » Sandrine Lefebvre Actuellement à l’UCLA, « Étude de la forme globale du Soleil et des étoiles en général » Journées Scientifiques de l’O.C.A Jan 2005