PICAM et la MISSION BEPI COLOMBO J J

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. 31 AU, 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 D 2 Themis: 22/10/2009 Emission Na D 2

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 e. V – 3 ke. V, 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 Modélisation numérique, ions 1 ke. V Essais QM, Ions N 2+, 1 ke. V Résolution en énergie Modélisation numérique, ions 1 ke. V Essais QM, Ions N 2+, 1 ke. V

PICAM, Mesure du temps de vol Simulation d’une mesure de Temps de Vol pour les masses 23 (Na) et 24 (Mg) Mesures de temps de vol, QM, ions N 2+ 300 e. V

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 M 1 électrodes de gating Analyseur électrostatique