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Prospective Spatiale Solaire

Prospective Spatiale Solaire. Synthèse et mise à jour des présentations de la réunion Missions Spatiales Solaires (12 avril 2005) Jean-Claude Vial et al. Missions en cours et en préparation. 2010. 2015. 2005. SOHO. ULYSSES. Solar Orbiter. Solar Probe. STEREO. SDO. PICARD.

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Prospective Spatiale Solaire

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Presentation Transcript

  1. 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

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

  3. 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

  4. 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

  5. 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

  6. 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

  7. 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

  8. 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

  9. 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

  10. Prospective Spatiale Solaire • Atmosphères Solaires : vent Mesure des fluctuations magnétiquesdans 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

  11. Lyman a line Hydrogen neutre en équilibre collisionel avec H+ => T  ~ 3 106 K T ll ~ 106 K 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 PNST, IAP 28 septembre 2005

  12. 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

  13. 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) : premièredétection 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

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

  15. 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

  16. 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

  17. Solar Dynamo Sunspot Dynamics Global Circulation Magnetic Connectivity Interior Structure Irradiance Sources Coronal Magnetic Field Far-side Imaging NOAA 9393 Far-side Solar Subsurface Weather Magnetic Stresses Prospective Spatiale Solaire • Atmosphères Solaires : photosphère, chromosphère, région de transition et couronne (1) PNST, IAP 28 septembre 2005

  18. 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

  19. 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) PNST, IAP 28 septembre 2005

  20. Prospective Spatiale Solaire La mission KUAFU Coro : Field of View 2.5-15 Rsun solar elongation (±3.5°) Spatial Scale 14 arcsec Focal Plane Array2048 × 2048, 13.5 m-pixel, 14 bit/pixel Bandpass650-750 nm Exposure times 3 s; 3 x 10 s for pB PNST, IAP 28 septembre 2005

  21. 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

  22. 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

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