Transcript PICAM

PICAM et la MISSION BEPI COLOMBO
J.J. Berthelier, J Becker, F. Leblanc (LATMOS), F. Leblanc (LPP)
Atelier Pôle Système Solaire IPSL, Avril 2013
MERCURE
La planète
- la plus proche du Soleil
périhélie 0.31AU, aphélie 0.46 AU, période orbitale 88 jours
- la plus petite (R 2440 km) mais la plus dense d ~ 5.43 (noyau Fe?)
- rotation 59 jours (résonance 3/2 avec période orbitale, unique dans le Système Solaire)
axe de rotation ~ perpendiculaire au plan de l’écliptique
- atmosphère très ténue
températures extrêmes +430°C, -180°C
- champ magnétique interne BMercure~ 1% BTerre, (dynamo, noyau externe liquide)
magnétosphère et sous-orages « analogues » à ceux de la Terre
MISSION BEPI COLOMBO (1)
- Collaboration ESA-JAXA
2 satellites MPO (ESA) planétaire, MMO (JAXA) magnétosphérique
- Lancement Août 2015, arrivée Janvier 2022
- Propulsion électrique et assistance gravitationnelle Lune, Terre, Venus
MISSION BEPI COLOMBO (2)
MPO (ESA) 400 kg, CU 50 kg
« Planetary Science »
Surface,
Atmosphère neutre
Champ magnétique
Plasma
MMO (JAXA) 220 kg, CU 41 kg
« Magnetospheric Science »
Champ Magnétique
Plasma
Particules Energiques
Ondes
(+ observations MPO B, plasma)
PICAM
Planetary Ion CAMera
IWF (Autriche) (K. Torkar, PI)
LATMOS (+IKI) (optique ionique et détecteur)
MPS (Allemagne) convertisseurs HV et gating
KFKI (Hongrie) convertisseur DC/DC
Un des 4 Instruments du consortium SERENA
(Search for Exospheric Refilling and Emitted Natural Abundances)
Objectifs scientifiques de SERENA (PICAM)
- Composition élémentaire, chimique et isotopique de l’exosphère neutre
- Composition élémentaire de l’exosphère ionique
- Mécanismes de formation et dynamique des exosphères neutre et ionisée
- Echappement des neutres et des ions
- Pénétration du vent solaire et précipitations des ions de basse énergie
PICAM, Objectifs Scientifiques (1)
L’exosphère ionisée de Mercure
Sources
Vent solaire
- pénétration à travers les frontières de la magnétosphère, transport
Exosphère
- émissions des constituants par la surface
désorption thermique, photo-désorption, criblage)
Processus de création et de pertes
Processus photo-chimiques, collisions sur la surface, échappement
Transport du Plasma dans l’ionosphère de Mercure
Circulation à grande échelle (convection, échappement)
Accélération
PICAM, Objectifs Scientifiques (2)
Formation de l’exosphère: le cas de Na
Photo-ionisation
Echappement
neutre
Criblage
éjection par le vent Impacte éjection
stimulée par solaire météoritique par
les photons
chauffage
Exosphère
Régolite
Croûte
Diffusion
Adapté de Killen et Ip (1999)
Absorption
neutre et ion
magnétosphérique et
apport météoritique
Mélange induit par
impact météoritique
PICAM, Objectifs scientifiques (3)
Observations du sodium exosphérique, télescope THEMIS, Iles Canaries
Themis: 13/07/2008
Emission Na D2
Themis: 22/10/2009
Emission Na D2
PICAM, Objectifs Scientifiques (4)
Le Sodium dans l’ionosphère, modélisation (F. Leblanc et al. , 2004)
PICAM, Objectifs Scientifiques (5)
L’ionosphère et la magnétosphère de Mercure
PICAM, Objectifs Expérimentaux
Mesure des fonctions de distribution des ions de basse énergie
- gamme d’énergie: ~ 3 eV – 3 keV, résolution ~ 10%
- champ de vue: omnidirectionnel sur un demi-espace (2π st.), résolution 15°/30°
Donne accès au transport et à l’accélération du plasma
Avec MMO, 2 points de mesure pour étudier la dynamique de la magnétosphère
Mesure de la composition du plasma
- masses 1 à ~ 130 uma, (H, He, N?, O, Na, Mg, Ca, K, Xe?)
- résolution suffisante pour séparer Na, Mg et Ca, K
Donne accès aux sources et aux mécanismes de formation de l’ionosphère
PICAM, Concept de l’instrument
Champ de vue dans un plan radial ~ 0°-75°
PICAM, Optique Electrostatique
PICAM, mesure de la distribution angulaire et en énergie
Distribution angulaire
Résolution en énergie
9000
8000
7000
0°-10°
6000
10°-20°
20°-30°
5000
30°-40°
40°-50°
4000
50°-60°
60°-70°
3000
70°-80°
2000
1000
0
pixel A
pixel B
pixel C
pixel D
pixel E
pixel F
Modélisation numérique, ions 1 keV
Essais QM, Ions N2+, 1 keV
Modélisation numérique, ions 1 keV
Essais QM, Ions N2+, 1 keV
Mesures de temps de vol, QM, ions N2+ 300 eV
3010-3014
3000-3004
2990-2994
2980-2984
2970-2974
2960-2964
2950-2954
2940-2944
2930-2934
2920-2924
2910-2914
2900-2904
2890-2894
2880-2884
2870-2874
2860-2864
2850-2854
2840-2844
2830-2834
2820-2824
2810-2814
2800-2804
2790-2794
2780-2784
2770-2774
2760-2764
2750-2754
2740-2744
2730-2734
PICAM, Mesure du temps de vol
Simulation d’une mesure de Temps de Vol
pour les masses 23 (Na) et 24 (Mg)
1600
1400
1200
1000
800
600
400
200
0
PICAM, quelques photos du QM
QM dans la chambre avec source d’ions
QM, vue des protections thermiques
- Capot supérieur avec OSR
- Kapton aluminisé autour partie inférieure
PICAM, quelques photos du QM
Optique, partie inférieure
Optique, partie supérieure
Vue de dessous
Lamelles miroir M1
électrodes de gating
Analyseur électrostatique