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PNST, IAP 28 septembre 2005 1

Prospective Spatiale Solaire

Synthèse et mise à jour des présentations de la réunion Missions

Spatiales Solaires (12 avril 2005)

Jean-Claude Vialet al.


Missions en cours et en préparation

2005 2010 2015

SOHO

ULYSSES

Solar Orbiter

STEREO

SDO

Solar Probe

PICARD

SMESE/ASPICS

CORONAS-PHOTON



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.



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 : AspicsCoopération France-Chine : SMESE, KUAFU Télescopes de surveillance Halpha

• Cosmic Vision (2015-2025)

Sonde Solaire : Orbiteur Polaire Le Soleil en tant qu’accélérateur de particules



• Intérieur Solaire• Rôle clé joué par le magnétisme interneFabrication « locale » et émergence du champ magnétiqueConvection aux pôles et dynamo

Solar OrbiterVIM : MagnétographeVisible

Pixel : 70 kmBl : S/N = 103 en 30s(10 G)Bt : S/N = 103 en 30s(200 G)

Calendrier : 2013 -> 2015 -> ?



• 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 -> ?



• 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.

1. Couverture spectrale. Plusieurs gammes (3?) , avec des raies typiquement coronales, région de transition, chromosphère. eg. 170-220 A, 580-630 A, 912+ A.

2. Résolution spectrale 0.02 A3. Champ de vue >3 arcmin x 1 arcsec (fente)4. Champ de vue >3 arcmin x 3 arcmin (image par raster)5. Pixel 1 arcsec ( = 135 km à 0.2 A.U.)6. Cadence <1 minute.

Calendrier : 2013 -> 2015 -> ?



• 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



• 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 plasmaDegrés d’ionisation des ions comme traceur des structures coronalesFonctions de distribution comme traceurs de la topologie magnétiques (électrons)Particules de hautes énergies

• Solar Orbiter

(1) SWA: Solar Wind Plasma (2) Analyser : e, p, alphas,(3) Gamma et Neutrons(4) R&T spectros a temps de vol :

Oui pour SO.



• Atmosphères Solaires : ventMesure 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

Dimension : 200 mm

Masse totale : 200g

Puissance : 300mW (±5V)

Search Coil triaxial ELF-VLF



• Atmosphères Solaires : ventCorrélations 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 thermique10 kHZ -> 20 MHz• Radio Bursts

Lyman line

Hydrogen neutre en équilibre collisionel avec H+

=> T ~ 3 106 K T ll ~ 106 K



• 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



• 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 100 keV- 500 MeV)

Plate-forme MYRIADEOrbite héliosynchrone; 2 stationsRéunion CNES-CNSA (septembre 2005) #1Phase A dès 2006 ?Lancement 2011 ? Simultanéité SDO

–


Imager 195

Lyman α Imager

Guiding telescope

Lyman α Coronagraph

DESIR

HEBS



• 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



• 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



• Atmosphères Solaires : photosphère, chromosphère, région de transition et couronne (1)

Solar DynamoGlobal Circulation

Far-side Imaging

Solar Subsurface Weather

Coronal Magnetic Field

Magnetic Connectivity

Sunspot Dynamics

Magnetic Stresses

Interior Structure

NOAA 9393

Far-side

Irradiance Sources



• 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

–



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)



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/pixelBandpass 650-750 nmExposure times 3 s; 3 x 10 s for pB



• 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 télescopeObservations 24H/24Homogénéïté des donnéesPas d’aléas météorologiquesPas d’effet de seeingGestion centralisée des données en base uniquePeut 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



• 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

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