PHEBUS Probing of Hermean Exosphere By Ultraviolet Spectroscopy PHEBUS : PROBING OF HERMEAN EXOSPHERE BY ULTRAVIOLET SPECTROSCOPY J-Y Chaufray and E. Quémerais.

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1 PHEBUS Probing of Hermean Exosphere By Ultraviolet Spectroscopy PHEBUS : PROBING OF HERMEAN EXOSPHERE BY ULTRAVIOLET SPECTROSCOPY J-Y Chaufray and E. Quémerais LATMOS Atelier du pôle système solaire de lIPSL, 17-18 avril 2013

2 PHEBUS Probing of Hermean Exosphere By Ultraviolet Spectroscopy PHEBUS Probing of Hermean Exosphere By Ultraviolet Spectroscopy PHEBUS : Objectifs : Surface Cartographie des glaces polaires LAMP/Lunar Reconnaissance Orbiter Gladstone et al. 2012 Albédo Lyman-alpha : Lune Glaces deau détectées dans les régions polaires en permanence à lombre de Mercure et la Lune par MESSENGER (ex Neumann et al. 2012 ; Lawrence et al. 2012 ) Glaces apportées par limpact de comètes Il est possible détudier ces régions en UV en mesurant le flux interplanétaire et stellaire réfléchie par la surface de ces régions (Lune par Lunar Reconnaissance Orbiter) Mesures de PHEBUS Cartographie de lalbédo UV des régions en permanence à lombre et contenant de la glace Détection des produits de dissociation (H 2, OH, H, O)

3 PHEBUS Probing of Hermean Exosphere By Ultraviolet Spectroscopy PHEBUS : Objectifs : Exosphere Etude de lexosphère : origine, composition, dynamique, son interaction avec la surface Raies démissions atomiques et moléculaires Variations spatiales (verticale, horizontale) de la densité des espèces connues (He, H, O, Ca, Mg,...) Recherche de nouvelles especes (Si, S, H 2, OH, Ar, Xe, C +, O +, Na + ) Variations temporelles : orbite de Mercure, interaction magnetosphere /exosphere Crust Photo Stimulated Desorption SolarWind sputtering Absorption of neutral and magnetospheric ion + meteoroid supply Exosphere Photo ionization Neutral loss Adapted from Killen and Ip (1999) Thermal Desorption Regolith Micro- Meteoritic Impact

4 PHEBUS Probing of Hermean Exosphere By Ultraviolet Spectroscopy PHEBUS : Objectifs : Milieu interplanétaire Etude du rayonnement interplanétaire : H 121.6 nm et He 58.4 nm à lorbite de Mercure SWAN/SOHO

5 PHEBUS Probing of Hermean Exosphere By Ultraviolet Spectroscopy Modes dobservations 1 - Twilight Mode 2 - Vertical Scan Mode 3 - Fixed LOS Mode 4 - Feature Tracking Mode 5 - Nadir Mode 6 - Star Mode Vertical Scan Mode Twilight Mode Line of sight Nadir Mode Feature Tracking Mode Fixed LOS Mode Star Mode

6 PHEBUS Probing of Hermean Exosphere By Ultraviolet Spectroscopy PHEBUS Probing of Hermean Exosphere By Ultraviolet Spectroscopy PHEBUS Probing the Hermean Exosphere by Ultraviolet Spectroscopy Spectromètre EUV-FUV Détecteur EUV : 55 – 155 nm Détecteur FUV : 145 – 315 nm +2 Détecteurs NUV (K 404 nm ; Ca 422 nm) Entrance baffle Off axis parabolic mirror Rotating mechanism Entrance slit Holographic gratings EUV detector FUV detector NUV detector Partie collectrice Partie spectrométrique Taille = 500 x 400 x 400 mm Masse = 7.2 kg Puissance consommée : 25 W max FUV EUV NUV

7 PHEBUS Probing of Hermean Exosphere By Ultraviolet Spectroscopy PHEBUS block diagram baffle slit FUV grating EUV grating FUV detector [145 – 315nm] EUV detector [55-155nm] NUV detector 404, 422 nm House keeping monitoring mechanical structure thermal housing DPU Spacecraft Power converter Scanner mechanism mirror shutter Pumping device French responsibilitiesRussian and Japanese responsibilities

8 PHEBUS Probing of Hermean Exosphere By Ultraviolet Spectroscopy PHEBUS Probing of Hermean Exosphere By Ultraviolet Spectroscopy PHEBUS STM (Structure and Thermal Model) intégré sur MPO STM PHEBUS sur Mercury Planetary Orbiter

9 PHEBUS Probing of Hermean Exosphere By Ultraviolet Spectroscopy Spectre UV simulés sur les détecteurs Simulateur des émissions exosphériques (modèle radiométrique)

10 PHEBUS Probing of Hermean Exosphere By Ultraviolet Spectroscopy - Quelques espèces facilement détectables (< 1 min). EUV range : He I, CO, O I, H I, C I, N I FUV range : Mg I, Si I, Na I, C I, Fe I, S I, Al I, CO, H I, Ni I, Mg II, O I - Quelques espèces qui nécessitent un très grand temps dintégration pour être observée (>> 1 hour). EUV range : Kr I, Ar I FUV range : Al II, K I - Quelques espèces non résolues spectralement. EUV range : Xe I with S I FUV range : OH with Al I - Limite de détection estimée. EUV range : ~ 0.1 Rayleigh FUV range : ~ 0.2 Rayleigh - Résolution spectrale théorique EUV range : 0.5 nm FUV range : 0.8 nm Résultats attendus 1 Rayleigh = 10 6 /4 photons/cm 2 /s/str

11 PHEBUS Probing of Hermean Exosphere By Ultraviolet Spectroscopy Etalonnage optique au sol Calibration au sol Instrument Geometrique Radiometrique Spectrale G or SFOV G eff or S eff M 0i ISRF PSF EUVFUVNUV Bandwidth Sub - System Geometric and/or Radiometric and/or Spectral Modèle de Qualification (QM) Mesures des propriétés optiques des sous éléments du modèle QM Alignement optique (miroir/scan, fente) Atténuation du baffle Facteur géométrique, Field of view (FOV) Mesures sur modèle complet en aout 2013 Objectifs : relier la mesure R à lintensité de la source I

12 PHEBUS Probing of Hermean Exosphere By Ultraviolet Spectroscopy Statut du développement Structure and Thermal model (STM ) Integration : 2-3 June 2011 Modèle électronique (EM ) Integration/ETB tests : 22-25 March 2011 EM IST : 1-2 September 2011 Modèle de Qualification (QM) Modèle de vol (FM) Fin campagne de qualification QM Juin 2013 Etalonnage optique du système complet : Aout 2013 (Université de Padoue) Livraison ESA Sept 2013 Livraison printemps 2014