Détection de poussières in-situ à l'aide d'antennes radio, et application aux mission Solar Orbiter et Parker Solar Probe

par Kristina Rackovic Babic

Projet de thèse en Astronomie et Astrophysique

Sous la direction de Karine Issautier et de Arnaud Zaslavsky.

Thèses en préparation à Paris Sciences et Lettres en cotutelle avec l'University of Belgrade , dans le cadre de École doctorale Astronomie et astrophysique d'Île-de-France (Meudon, Hauts-de-Seine) , en partenariat avec Laboratoire d'Etudes Spatiales et d'Instrumentation en Astrophysique (Paris) (laboratoire) et de Observatoire de Paris (établissement de préparation de la thèse) depuis le 01-11-2018 .


  • Résumé

    L'observation in situ des grains de poussière d'origines diverses (comètes, astéroïdes, planètes, lunes, milieux interstellaires, etc.) est couramment effectuée par des missions spatiales équipées d'instruments radio. Le mécanisme de détection implique l'impact à très grande vitesse d'un grain de poussière sur les surfaces de l'engin spatial et, par conséquent, la génération de charges électriques par ionisation d'impact. La collecte de ces charges par le vaisseau spatial et ses antennes radio produit un courant électrique transitoire qui peut être détecté par des analyseurs radio sensibles. Un modèle qui relie les propriétés des signaux radio observés à celle de la poussière d'impact a été développé récemment. Il montre que les propriétés des signaux dépendent fortement de l'environnement plasma local de l'engin spatial, ainsi que de la dynamique du nuage de plasma généré par l'ionisation par impact. L'objectif des travaux proposés est, dans un premier temps, de développer le modèle existant afin de prendre en compte plusieurs processus de charge qui ne sont pas encore pris en compte (émission d'électrons secondaires, collecte de protons...) et donc de pouvoir relier les signaux radio aux propriétés des poussières dans différents environnements plasma (le modèle existant était orienté vers des mesures en orbite terrestre proche). Ensuite, les données radio de divers engins spatiaux seront étudiées et comparées au modèle. L'objectif final de ce travail étant d'étudier les données radio qui seront collectées par les missions Parker Solar Probe (lancement en août 2018) et Solar Orbiter (lancement en 2020). Ces deux missions exploreront l'héliosphère intérieure (périhélie à 0.05 AU pour la PSP, 0.3 AU pour le SO) et ne sont pas équipées de détecteurs de poussière in situ. La détection des poussières radio sera donc une occasion unique de fournir les premières mesures in situ de poussières cosmiques aussi près du Soleil et de contraindre les modèles d'évolution des poussières.

  • Titre traduit

    In-situ dust detection using radio antennas, and application to Solar Orbiter and Parker Solar Probe missions


  • Résumé

    In situ observation of dust grains from various origins (comets, asteroids, planets, moons, interstellar medium, etc.) is routinely performed by space missions equipped with radio instruments. The mechanism for the detection involve hypervelocity impact of a dust grain on spacecraft surfaces and, consequently, generation of electric charges through impact ionization. Collection of these charges by the spacecraft and its radio antennas results in a transient electric current that can be detected by sensitive radio analysers. A model that links the properties of the observed radio signals to the one of the impacting dust has been developed recently. It shows that the signals properties strongly depend on the local plasma environment of the spacecraft, as well as of the dynamics of the plasma cloud generated by impact ionization. The purpose of the work proposed is, in a first step, to develop the existing model in order to take into account several charging processes that are not still taken into account (secondary electrons emission, proton collection...) and therefore be able to link the radio signals to dust properties in various plasma environments (the existing model was oriented towards close earth-orbit measurements). Then, radio data from various spacecraft will be studied and compared to the model. The final goal of this work being to study the radio data that will be collected by the Parker Solar Probe (launch in august 2018) and Solar Orbiter (launch in 2020) missions. These two missions will explore the inner-heliosphere (perihelion at 0.05 AU for PSP, 0.3 AU for SO), and are not equipped with in-situ dust detectors. Radio dust detection will therefore be a unique opportunity to provide the first ever in-situ measurements of cosmic dust as close to the Sun, and constrain dust evolution models.