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Quand un quatuor de satellites accompagne la sarabande du Soleil

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Quand un quatuor de satellites accompagne la sarabande du Soleil

La mission MMS (Magnetospheric Multi Scale) lancée en 2015 et dédiée à l’étude de la reconnexion magnétique, de l’accélération des particules et du rôle de la turbulence plasma a livré ses premiers résultats dans la revue Geophysical Research Letters. L’équipe « Plasmas spatiaux » du laboratoire de physique des plasmas (LPP, CNRS/UPMC/École polytechnique/Observatoire de Paris/Université Paris-Sud) a conçu, réalisé et étalonné les antennes magnétiques équipant les quatre satellites qui constituent cette mission. Ces instruments fournissent des données indispensables pour la compréhension des processus physiques à l’oeuvre dans les environnements ionisés de la Terre, des autres corps du système solaire (planètes, satellites, anneaux et comètes) et du vent solaire.

 

Vignette : structure triaxiale d'un des quatre satellites MMS. © Nasa

 

Le phénomène de reconnexion magnétique est censé se produire à différents niveaux dans l’Univers (noyaux actifs de galaxie, pulsars, disques d’accrétion stellaire, éruptions solaires, magnétosphère planétaire, etc.). Il est l’un des mécanismes possibles pour transférer l’énergie du champ magnétique aux particules chargées sous forme d’énergie thermique (chauffage) et cinétique (accélération). Il joue un rôle crucial dans les échanges d’énergie entre le Soleil et notre planète.

 

Si ce phénomène est aussi étudié en laboratoire, notamment dans les recherches sur la stabilité du confinement du plasma par le champ magnétique utilisé dans les réacteurs de fusion, la magnétosphère terrestre constitue à elle seule un véritable laboratoire grandeur nature accessible à l’observation.

 

Magnétomètre alternative 3 voies SCM. Mission MMS 2015. © UPMC - Géraldine Bachmann

 

Une mission internationale réglée au kilomètre près

La mission MMS de la NASA a été lancée en mars 2015 par une fusée Atlas V depuis la base de Cap Canaveral. Les quatre satellites identiques en orbite équatoriale ont d’abord été placés selon une configuration en « collier de perles » puis en configuration tétraédrique à l’été 2015. La phase de mise en route et de vérification des instruments a duré jusqu’au 1er septembre 2015 date à laquelle la mission est entrée officiellement dans la phase d’analyse scientifique.

 

Les satellites effectuent des mesures des particules chargées et des champs électromagnétiques dans la magnétosphère, l'environnement ionisé de la Terre où le mouvement des particules est contrôlé par le champ magnétique terrestre. Dans ce milieu, les collisions entre particules sont si rares qu’elles ne peuvent assurer la dissipation d’énergie nécessaire au mécanisme de reconnexion magnétique.

 

Un savoir-faire expérimental hexagonal

Le LPP et l’institut de recherche pour l’astrophysique et la planétologie (IRAP, CNRS/Université Paul Sabatier) ont fourni deux instruments ou parties d’instruments embarqués, le premier servant à l’étude des variations rapides du champ magnétique de la Terre et le second à l’étude des ions et des électrons. Avec le soutien financier du centre national d’études spatiales (Cnes), le LPP a conçu les antennes magnétiques appelées SCM (Search Coil Magnetometer) destinées à mesurer les champs magnétiques fluctuants, ainsi que leur logiciel d’étalonnage. L’IRAP a quant à lui participé à la réalisation des huit instruments servant à la détection des particules chargées.

 

Premiers résultats

Les premiers événements (oscillations de la couche de courant, fronts de dipolarisation…) ont été détectés dans la queue magnétosphérique lors du début de la phase de mise en route et donc essentiellement à partir des données électromagnétiques. Les données ont été récoltées avec l’ensemble de l’instrumentation (champs électromagnétiques et plasma) lors des nombreuses traversées de la magnétopause effectuées avec des distances inter-satellites allant de 160 km, l’échelle ionique, à 10 km l’échelle électronique.

 

Les premiers résultats de la mission MMS montrent bien la nécessité d’une très haute résolution temporelle des instruments ondes et particules ainsi qu’une fine résolution spatiale (petite distance inter-satellite <100 km) pour comprendre les processus physiques qui se développent dans les régions d’interface entre deux plasmas comme à la magnétopause terrestre ou dans un plasma turbulent comme celui présent dans la magnétogaine.

 

Les prochaines phases de la mission dans la queue proche, à la magnétopause et dans la queue plus lointaine vont fournir à la communauté internationale un ensemble complet de mesures à l’échelle de la dynamique des électrons dans toutes les régions clés de la magnétosphère terrestre.

Pour en savoir plus :

Laboratoire de physique des plasmas (LPP, CNRS/UPMC/École polytechnique/Observatoire de Paris/Université Paris-Sud)Nouvelle fenêtre

La mission MMSNouvelle fenêtre

Institut de recherche pour l’astrophysique et la planétologie (IRAP, CNRS/Université Paul Sabatier)Nouvelle fenêtre

 

Références :

  • Le Contel, O., et al. (2014), The Search-Coil Magnetometer for MMS, Space Sci. Rev., doi:10.1007/s11214-014-0096-9.
  • Le Contel, O., et al. (2016), Whistler mode waves and Hall fields detected by MMS during a dayside magnetopause crossing, Geophys. Res. Lett., doi: 10.1002/2016GL068968.
  • Breuillard, H., et al. (2016), Multi-Spacecraft Analysis of Dipolarization Fronts and Associated Whistler-Wave Emissions using MMS Data, Geophys. Res. Lett., doi: 10.1002/2016GL069188.



28/06/16