Environnement des véhicules spatiaux Modélisation des ceintures de radiation d'électrons et d'ions de Jupiter
Les ceintures de radiation ont fait l'objet de nombreux travaux de modélisation et sont étudiées depuis des années au Département Environnement Spatial de l'ONERA. Depuis 1998, le modèle de ceintures de radiation de la Terre, Salammbô-3D, est adapté au cas de Jupiter. Le but de ces travaux est tout d'abord de comprendre la physique des ceintures de radiation de Jupiter, puis de développer un modèle qui permettra de prédire les flux de particules énergétiques rencontrées par les futures sondes lors de leurs passages dans cette région de la magnétosphère.
Dans un premier temps, un modèle de ceintures de radiation d'électrons de Jupiter a vu le jour en 2001. Depuis, ce modèle a été étendu de l'orbite du satellite Io (6 rayons joviens) jusqu'à l'orbite du satellite Europe (9,5 rayons joviens). L'extension du modèle à entraîner l'introduction du satellite Io dans notre étude et l'influence de ce dernier sur la distribution spatiale des électrons des ceintures de radiation a été analysée. Cette étude montre que le satellite Io est un corps conducteur, contrairement aux autres satellites de Jupiter. Parallèlement au modèle de ceintures de radiation d'électrons, un modèle de ceintures de radiation de protons et d'ions lourds a été développé. Pour ce faire, des nouveaux processus physiques ont été intégrés dans Salammbô. Pour valider ces travaux, les résultats de Salammbô ont été comparés aux différentes observations disponibles : les mesures in-situ des sondes interplanétaires comme Pioneer et Galileo (Figure 1) ou encore les observations radio astronomiques dans le cas des électrons comme les images du rayonnement synchrotron émis par les électrons (Figure 2). Les comparaisons montrent un très bon accord entre les simulations de Salammbô et les observations, quel que soit le type de particules étudié (électrons, protons ou ions lourds). D'autre part, étudier parallèlement différents types de particules a permis d'ajouter des contraintes au modèle et d'enrichir nos connaissances sur certains éléments de l'environnement jovien comme les anneaux de Jupiter qui ont été largement étudiés au cours de ces travaux. Cette étude des anneaux de Jupiter montre que les poussières qui les constituent sont chargées.
Figure 1 :
Flux d'He2+ mesurés par l'instrument EPI à bord de la sonde Galileo Probe
Flux d'He2+ simulés à partir de Salammbô
Figure 2 :
Cartographie 2D de l'émission synchrotron des électrons
observée au VLA
Cartographie de l'émission synchrotron
simulée à partir de Salammbô
Le modèle physique de ceintures de radiation d'électrons, de protons et d'ions lourds de Jupiter, Salammbô, contribue à une meilleure compréhension des différentes observations des ceintures de radiation, comme par exemple la forme caractéristique des images de l'émission synchrotron des électrons. D'autre part, Salammbô permet également d'étudier les données des différentes sondes et notamment la contamination des mesures.
Pour finir, il est intéressant de constater que non seulement Salammbô permet de reproduire la distribution des particules énergétiques dans les ceintures de radiation, mais également que grâce à un modèle de ceintures de radiation comme Salammbô, nous sommes capables d'obtenir des informations précieuses sur des éléments de l'environnement de Jupiter qui n'ont pas de lien direct avec les ceintures de radiation : comme par exemple le fait que les poussières des anneaux sont chargées ou encore que Io est un corps conducteur. Jusqu'où peut-on aller dans ce domaine ? Que pouvons-nous apprendre d'autre à partir d'un modèle de ceintures de radiation ?
