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BepiColombo/Mio détecte les premières ondes électromagnétiques haute fréquence dans l’environnement plasma de Mercure
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Contexte :
Mercure est la planète la plus proche du Soleil parmi les planètes du système solaire, elle est fortement influencée par le vent solaire, un flux de plasma émis par le Soleil à grande vitesse (plusieurs centaines de km/s). Les premières explorations de Mercure, réalisées par la sonde spatiale NASA/Mariner 10 en 1974 et 1975, ont révélé que Mercure possède un champ magnétique, et donc une magnétosphère, similaire à celle de la Terre. Dans les années 2000, le satellite NASA/MESSENGER a fourni une image détaillée du champ magnétique et de la magnétosphère de Mercure et a révélé que le dipôle magnétique de Mercure est décalé vers le nord par rapport au centre de la planète d’environ 0,2 RM (RM est le rayon de Mercure de 2 439,7 km). La troisième exploration de Mercure est actuellement réalisée par les deux sondes de la mission BepiColombo lancée le 20 octobre 2018 de Kourou (Guyane). Il s’agit de l’orbiteur magnétosphèrique Mio de la JAXA (Fig. 1) et du satellite MPO (Mercury Planetary Orbiter) de l’ESA. Les deux satellites sont actuellement en route vers Mercure ; leur insertion en orbite finale autour de la planète est prévue pour décembre 2025. Avant cette date les satellites devront survoler plusieurs fois la Terre, Vénus et Mercure afin d’effectuer des manœuvres d’assistance gravitationnelle.
Contrairement à Mariner 10 et MESSENGER, Mio est équipé d’un ensemble d’instruments « Ondes » (le consortium PWI, Plasma and Waves Instruments) conçus spécifiquement afin d’étudier pour la première fois les ondes électrique et magnétiques et leur rôle clef dans l’accélération des particules (électrons, protons, ions plus lourds) dans la magnétosphère de Mercure.
Résultats :
La présente étude, publiée récemment dans le journal Nature Astronomy, a été réalisée par une équipe franco-japonaise exploitant les données des magnétomètres à induction de Mio construits conjointement entre le LPP (instrument DBSC) et l’université de Kanazawa (instrument SC-LF, Fig. 2). Les données ont été acquises lors des survols de Mercure ayant eu lieu le 1er octobre 2021 et le 23 juin 2022, quand la sonde spatiale Mio s’était approchée de la planète à une altitude d’environ 200 km.
La configuration repliée des satellites BepiColombo pendant la phase de croisière n’est pas optimale pour mesurer les ondes électromagnétiques en raison d’interférences provenant du satellite lui-même. Cependant, Mio a été développé dans le but minimiser le niveau du bruit électromagnétique qu’il émet. Les instruments SC-LF et DBSC ont ainsi permis de réaliser les premières observations d’ondes électromagnétiques autour de Mercure sans être contaminées par le bruit du satellite. Cela a révélé la génération locale d’ondes haute fréquence dites « chorus » (Fig. 3), déjà mesurées dans la magnétosphère terrestre. L’existence de ces ondes dans la magnétosphère de Mercure, aujourd’hui confirmée, était prédite (gamme de fréquence, intensité...) depuis les années 2000. Ce qui a surpris les chercheurs qui ont mené cette étude a été la « localisation spatiale » de ces ondes dans une région extrêmement limitée du côté jour de la magnétosphère de Mercure. Cette localisation semble être fortement corrélée avec la courbure des lignes de champ magnétique due à la pression dynamique du vent solaire, la déformation étant plus forte côté nuit que côté jour. Une étude théorique et numérique du taux de croissance non linéaire de ces ondes a montré que dans le secteur jour l’énergie est transférée plus efficacement des électrons aux champs électromagnétiques le long des lignes de champ magnétique, créant ainsi des conditions favorisant la génération d’ondes « chorus ». Cette étude devrait permettre de mieux comprendre divers phénomènes énergétique hermiens (aurores, précipitation des particules à la surface de la planète, …) et leur impact sur la dynamique à grande échelle de la magnétosphère. Des études plus poussées seront menées à partir de décembre 2025 quand les instruments seront complétement déployés après l’insertion des satellites dans leur orbite finale autour de Mercure.
Article :
Ozaki, M., Yagitani, S., Kasaba, Y., Kasahara Y., Matsuda, S., Omura, Y., Hikishima, M., Sahraoui, F., Mirioni, L., Chanteur, G., Kurita, S., Nakazawa, S., Murakami, G., Whistler-mode waves in Mercury’s magnetosphere observed by BepiColombo/Mio. Nature Astronomy (2023). https://doi.org/10.1038/s41550-023-02055-0
JAXA press release :
https://www.isas.jaxa.jp/en/topics/003540.html
Contact au LPP :
Fouad Sahraoui (fouad.sahraoui lpp.polytechnique.fr) et Laurent Mirioni
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