Proposition d'instruments pour la mesure des fluctuations magnétiques de la mission Solar Orbiter

On connaît maintenant beaucoup de choses sur les ondes existant dans le Vent Solaire au voisinage de l'orbite de la Terre. Par contre de nombreux points restent à élucider en ce qui concerne la nature et le rôle des ondes dans le Vent Solaire lorsque l'on se rapproche du Soleil. Pour le moment les mesures effectuées au plus proche du Soleil sont celles obtenues par les satellites Helios 1 et 2 à une distance d'environ 0.3 UA. A partir de ces observations nous proposons un 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.

preamplificateur VLF (3 voies)

L:34 mm; D:20 mm; Masse:17g80mW (±12V); 20 kHz; 70 dB

Ondes ELF/VLF & turbulence d'Alfvén :La turbulence d'Alfvén et les ondes Ion-Cyclotron jouent un rôle essentiel dans le chauffage et l'accélération du Vent Solaire. De récentes études faites à partir des mesures d'Helios (Tu and Marsch, A&A, 2001) fournissent de forts arguments en faveur d'un chauffage du plasma par la turbulence d'Alfvén et les ondes Ion-Cyclotron, lequel continuerait d'être significatif à de relativement grandes distances du Soleil.

Bien que ces ondes soient générées en dessous et à la gyrofréquence des protons (ΩP vaut environ 1 Hz à 0.2 UA), elles seront observées jusqu'à 1 kHz à bord de Solar Orbiter du fait de l'effet Doppler. Le niveau estimé de ces ondes à 0.2 UA est de l'ordre de 10-2 nT/(Hz)1/2.

Turbulence Whistler et ondes acoustique ioniques:Entre ΩP and Ωe (2 kHz à 0.2 UA) le seul mode électromagnétique pouvant se propager est le mode whistler. Les mesures d'Helios montrent que la turbulence whistler est présente dans le Vent Solaire pour des fréquences allant jusqu'à Ωe. A partir des observations faites par Helios, on peut estimer le niveau des émissions dans le mode whistler à 0.2 UA allant de 10-5nT/(Hz)1/2 jusqu'à 10-1nT/(Hz)1/2 . Helios a également permis de mettre en évidence l'existence d'ondes électrostatiques du type acoustique ioniques pour des fréquences allant de la fréquence plasma ionique à la fréquence plasma électronique (à 0.2 UA fpi = 4 kHz et fpe = 200 kHz). L'observation de ce mode bien au delà de fpi est dû à l'effet Doppler. La mesure des fluctuations magnétiques dans ce domaine des fréquences sera nécessaire pour déterminer sans ambiguïté la nature électrostatique ou électromagnétique des ondes mesurées par Solar Orbiter.

Search Coil triaxial ELF-VLF pour Solar Orbiter

Sensibilité. : antenne 17 cm : antenne 10 cm

Réponse en fréquence. : antenne 17 cm : antenne 10 cm

Search Coil triaxial ELF/VLF

Fréquences : 1Hz – 20kHz

Sensibilité : 10-5nT/Hz1/2 à 1kHz

Dimensions : L=18 cm ; Ø=2cm

Masse : antennes = 3×100g ; préamp=20g

Puissance : 100 mW (±12V)

B1

Boucle magnétique HF

Dimension : 200 mm

Masse totale : 200g

Puissance : 300mW (±5V)

Boucle magnétique HF pour Solar OrbiterUn des principaux objectifs scientifiques de Solar Orbiter est l'étude de l'accélération des particules pendant et après les éruptions. Différents mécanismes d'accélération peuvent intervenir (accélération par des chocs non-collisionnels, accélération associée à la propagation des CME).

Wind a fourni d'excellents exemples d'émissions radio associées à des éruptions et des CME se propageant dans le milieu interplanétaire. La Figure B1 montre la mesure combinée de type III et type II observés à bord de Wind et par le radiotélescope IZMIRAN. L'intensité des signaux observés est de l'ordre de 30 à 100 nV/(mHz 1/2). Pour un indice de réfraction égal à un, l'intensité du champ magnétique correspondant peut-être estimée de l'ordre de 0.1 à 0.3 10 -6 nT/Hz1/2. Les mesures de Wind ont été faites à 1 AU. On peut donc s'attendre à d'intenses émissions HF atteignant 10 -4 nT/(Hz)1/2dans le cadre de Solar Orbiter. La boucle magnétique HF de 20 cm développée au LPCE a une sensibilité de to 0.3 10-6 nT/Hz1/2. On peut encore améliorer la sensibilité de cet instrument en augmentant sa taille. Des simulations ont montré qu'une boucle de 50 cm permettrait la mesure des ondes du type II et III dans le domaine de fréquence allant de 100 kHz à 30 mHz.

Boucle magnétique HF avec preamplificateur

Dimension : 200 mm

Masse totale : 200g

Puissance : 300mW (±5V)

Réponse en frèquence de la boucle HF 200 mm

Sensibilité du capteur magnétique HF : antenne circulaire de 200mm : antenne carrée de 500mm

Fréquences : 10 kHz – 20MHz

Sensibilité : 10-6nT/Hz1/2 à 1MHz

Dimensions : Ø=20cm

Masse : Antennes + préamp = 200g

Puissance : 300 mW (±5V)