Journées Scientifiques de l’O.C.A. 26 Jan 2005

LA MISSION PICARD

PI: G. Thuilier (SA)

Pierre Assus

Gabrielle Berthomieu

Thierry Corbard

Christian Delmas

Jean-Louis Falin

Fréderic Morand

Janine Provost

Jean-Pierre Rozelot + S. Pireaux (Post-doc CNES), N. Fazel (Thése), C. Damiani-Badache (Stage ENSM)

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Les Objectifs Scientifiques de la mission PICARD

Mieux comprendre le Soleil, l’origine de son cycle d’activité et son influence sur le climat terrestre

Astrométrie solaire Mesurer le diamètre, l’asphéricité et leurs variations au cours du

temps. Valider les mesures au sol et leur précision. Permettre cette étude à cours et long terme (mesures absolues).

Radiométrie Mesurer l’irradiance totale (constante solaire) et établir la

relation: variation du diamètre / variation de l’irradiance. Enregistrer les variations de l’irradiance spectrale UV Influence sur l’ozone et le climat.

Héliosismologie Profiter des observations au limbe pour observer les oscillations

acoustiques de basses fréquences et chercher à détecter les modes de gravité.

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I- Astrométrie: Les séries de CALERN (F. Laclare)

1999

Début

Doraysol

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I- Astrométrie: État actuel des mesures du rayon solaire

Auteurs Lieu Cycle Amplitude (mas)

Periode Meth./Inst.

Ulrich, 1995 Mt Wilson En phase 400 1982-1995 Scanning

Penna et al, 2002 Rio - 0 1998-2000 Astrolabe

Noel, 2003 Santiago En Phase 1000 1991-2002 Astrolabe

Sveshnikov, 2004 En Phase 500 1631-1973 Transit de Mercure

Delmas, 2002 Calern Opposition 200 1978-2004 Astrolabe

Sofia et al., 1985 Opposition 470 1925/1979 Eclipses

Egidi et al., 2004 Ballon Opposition 200 1992-1996 SDS

Brown, 1998 HAO - 0 1981-1987 Méridien

Wittmann, 2003 Tenerife - <50 1990-1992 Méridien

Kuhn et al.,2004 MDI - <10 1995-2004 Imageur

Antia et al. 2003 MDI - <10 1995-2004 sismique

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I- Astrométrie: Asphéricités

Astrolabe du Calern

Ces écarts à la sphéricité mesurés à l’astrolabe de CALERN sont cohérents avec les mesures obtenues au Brésil et à l’héliomètre du Pic du Midi

Hélio-latitude

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Pour améliorer la situation au sol:

Définition commune du diamètre

Améliorer la qualité des mesures, les rendre plus impersonnelles

Choisir un domaine spectral commun en évitant les raies de Fraunhofer

Étudier les effets de l ’atmosphère

I- Astrométrie: Conclusions

PICARD, instrument de métrologie dédié, donnera la précision nécessaire avec des mesures hors atmosphère, stables et calibrées.

De plus il permettra d’harmoniser et d’interpréter les résultats obtenus au sol et de valider les mesures d’asphéricité.

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II - Radiométrie

Il faut assurer la continuité des mesures.

Ce composite a pu être construit grâce à plusieurs radiomètres de type différent ayant des périodes de recouvrement.

Enjeux:

Évolution séculaire / Influence sur le climat ?

Modèles d’atmosphères avec couplage Stratosphère-Troposphère (Variation d’Irradiance spectrale UV ~ 8%)

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III - Héliosismologie

Aucun mode de gravité n’a encore été détecté avec certitude, les instruments de SOHO ont cependant permis de placer des limites pour leur détectabilité (<2mm/s ou 0.1 ppm) .

La connaissance du cœur solaire demeure essentielle pour comprendre l’évolution dynamique du Soleil et des étoiles et pour apporter de nouvelles contraintes sur la physique des neutrinos.

Enjeux:

Méthode: Une amplification des modes au limbe a été prédite théoriquement par Toutain et al. (1999) et vérifiée expérimentalement pour les modes p en utilisant les images de SOHO.

PICARD aura une résolution et une stabilité au limbe supérieure permettant d’exploiter ce facteur d’amplification pour la recherche des modes basses fréquences.

Toner, Jefferies & Toutain 1999

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Les équipes autour de la mission PICARD

PICARD est un satellite de la filière micro-sat du CNES

Après une période d’incertitude financière le CNES a définitivement retenu cette mission (Septembre 2004).

PICARD a reçu le soutien scientifique de l’ESA et de la NASA (programme ILWS), et le soutien financier de l’ESA pour le centre de mission.

La mission repose sur trois instruments construits par

le Service d’Aéronomie,

le Physikalisch-Meteorologisches Observatorium Davos, World Radiation Center (Suisse),

l’Institut Royal Météorologique de Belgique.

Autres Laboratoires associés OCA, LUAN, IAS, CEA, LMD et aux Etats-Unis : Université de Yale, GSFC, NRL, HAO

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Les Instruments

SOVAP (B) (SOlar VAriability PICARD)Radiomètre différentiel absolu

PREMOS (CH)

(PREcision Monitor for Oscillation

measurements) Radiomètre 4 canaux

(215, 268, 535, 782 nm)

SODISM (F)

(SOlar DIameter and Surface Mapper)

Téléscope Ritchey-Chrétien

ø11cm

CCD 20482

Radiométrie

Astrométrie + Heliosismologie

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CONCEPTION DE SODISM

Instrument de métrologie thermiquement stable incorporant une référence angulaire.

Les matériaux employés assurent une stabilité mécanique. Quatre prismes fournissent la référence angulaire interne à chaque mesure.

Précision évaluée par simulations numériques : 1 mas.

La précision à long terme est assurée par une calibration absolue obtenue en pointant des étoiles. (Catalogues Hipparcos - GAIA)

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Implication de l’O.C.A.:Synergie sol-espace autour de la mission PICARD

Microsatellite PICARD

Astrolabe solaire

DORaySolRéseau R2S3

France, Algerie, Brésil,

Turquie

PICARD-solSODISM II

MISolFA

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PICARD SOL: Objectifs généraux Comparer les diamètres dans l’espace et au sol

(SODISM I / SODISM II)

Comprendre et quantifier les effets de l’atmosphère sur le diamètre (MISOLFA)

Raccorder les mesures PICARD aux séries historiques (DORaySol)

Poursuivre les mesures au sol après la fin de la mission PICARD

Qualification de SODISM sur le Soleil avant intégration sur le satellite

Banc de test de modifications pendant le vol

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MISOLFA

P. Assus (Chef de projet), A. Irbah (PI), F. Morand+Collaboration CRAAG (M. Fodil, Y. Saïdi, A. Berja)

+ Collaboration L.U.A.N (F. Martin, J. Borgnino)

MISOLFA est un moniteur de qualité d’images solaire qui mesure continûment les paramètres diurnes de la turbulence atmosphérique

(Paramètre de Fried, échelle externe de cohérence spatiale, angle d’isoplanétisme, temps de cohérence, profil de turbulence)

Ces paramètres nous permettront de modéliser la réponse impulsionnelle optique (psf) de l’atmosphère et ainsi de rattacher les mesures faites au sol à celles de l’espace.

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La date de lancement doit permettre de bénéficier de la phase d’activité croissante du cycle 24.

Complémentarité avec NASA/SDO dont le lancement est prévu à la même période.

Date de lancement: Mai 2008

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Echéancier PICARD-SOL

réalisation

réalisation

intégration

2004 2005 2006 2007

tests

tests modèles

intégration

intégration

tests

opération

opération

MIS

OLF

A

tests

Mon

ture

SO

DIS

M Tests SODISM MV1

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Conclusions PICARD

Apporte une nouvelle observable pour la modélisation solaire,

contribue à la validation des modèles climatiques,

assure la continuité des mesures radiométriques (Total et UV) avec SOHO,

offre une nouvelle opportunité pour la recherche des modes de gravité,

participe à l’ensemble des programmes solaires des années 2008-2010, en particulier avec SDO.

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ConclusionsPICARD et l’O.C.A.

L’O.C.A. dispose avec la série de F. Laclare continuée par DORaySol de la plus grande base de données continue de mesures du Rayon Solaire.

PICARD représente une opportunité unique pour notre établissement de concrétiser son investissement en obtenant une interprétation claire des mesures au sol. Cette mission nous permet d’envisager la continuation de ce travail sur le long terme avec un effort d’uniformisation des mesures au sol et la mise en place du réseau R2S3.

L’équipe travaillant autour de PICARD à l’OCA est inter-département (Gémini-Cassiopée). L’effort à mener pour le développement de PICARD sol au cours des 2 prochaines années est considérable et repose sur deux ingénieurs à temps partiel.

Rosaria Simoniello, Université de Birmingham Candidate Bourses Poincaré 2005« Solar limb-seismology and asterosismology »

Sandrine LefebvreActuellement à l’UCLA, « Étude de la forme globale du Soleil et des étoiles en général »