Phebus

Echéancier: lancement 2014Insertion en orbite 2020Opérations: 2020-2021

Coopération: France/Japon/Russie

Responsabilité scientique: LATMOS (E. Quémerais)

Fourniture des détecteurs UV/EUV: Université de Tokyo (I. Yoshikawa)

Mécanisme de pointage: IKI (O. Korablev)

L’exosphère de Mercure

Atmosphère neutre peu dense (≈106 cm-3) :

- Ca (103 cm-3), Na (105 cm-3), K (102 cm-3), H (106 cm-3), He (105 cm-3), O (105 cm-3) + ?

- non-collisionnelle l’exobase théorique se trouverait sous la surface.

Ionosphère : vent solaire (H+, He2+), neutres ionisés (Na+, Si+, O+, Al+…)

Sources : photo-désorption, vent solaire, vaporisation météoritique, dégazage. Pertes : photo-ionisation et pression de radiation solaire.

Plusieurs composantes : thermique (neutres), suprathermique (neutres, ions du vent solaire et ions accélérées localement).

Assymétrie globale jour/nuit, forte variabilités temporelles liées à des inhomogénéités spatiales.

REP 23/09/04

Objectifs scientifiques de PHEBUS

Atmosphere : Dynamique : structure verticale, transport, variabilité

temporelle Mécanismes de formation (interaction gaz/ surface,

mécanismes sources) Processus de perte (interaction atmosphère/

ionosphère/ magnetosphère, échappement)

Surface/ sous-surface : Composition chimique du régolithe déduite de la

mesure des produits de l’érosion de surface. Glace d’eau en région polaire : recherche de

produits de sublimation (OH, H, H2, …), mesure directe de la réflectivité en H Ly-alpha.

Dégazage, via la recherche des gaz rares (Ar, Xe, …). Minéralogie par cartographie UV en réflectance

(option)REP 23/09/04

Objectifs observationnels

1) Cartographie verticale/ géographique/ saisonnière des éléments déjà détectés (H, He, O, Na, K, Ca).

2) Recherche de composés pas encore détectés (Si, Mg, Al, Fe, S, C, N, OH, H2), et cartographie verticale/ géographique/ saisonnière .

3) Recherche des gaz rares autres que He (Ne, Ar, Xe, Kr) et cartographie/ suivi si possible.

4) Recherche d’espèces ioniques (He+, Na+, O+, Mg+, Al+, Ca+, C+, N+, S+, …) et cartographie/ suivi si possible.

5) Mesure de la réflectance à 121,6 nm dans les cratères polaires pour recherche de la glace d’eau.

REP 23/09/04

Phebus au LATMOS

Responsabilité scientifique/technique

Potentiel technique LATMOS impliqué: 1 PM CNRS 2 électroniciens CNRS + CDD 1 thermicien CDD 1 mécanicien CNRS 1 opticien CNRS 1 opticien/tests/intégration CDD 1 AQ CDD ½ Documentation/gestion de projet CDD

Perspectives

Orbiteur Lunaire Russe 2015 ? (Luna Glob)

Spectro UV EJSM (Phebus source du PDD)

Structure verticale

REP 23/09/04Potter and Morgan, 1997

Leblanc and Delcourt, 2002

Element H (km) Element H (km) Element H(km)

H 1330 K 33 Ca* 695 (?)He 330 Si 83 Fe 41O 83 Al 86 OH ≈80Na 58 Mg 97 S 72*Note that the scale height of Ca, calculated with a temperature of 12,000 K (Bida et al, 2000), must be taken cautiously).

Dynamique globale

Rôle majeur des processus suivants :

- Dégazage (thermique, photostimulé, par criblage).

- Transport sous l’effet de la pression de radiation.

- Ionisation (suivi par la ré-implantation ou l’échappement).

REP 23/09/04Smyth & Marconi, 1995

Asymétrie jour-nuit

Densité de Na piégé dans la sous-surface de Mercure (log10 de Na/ cm2) quand Mercure est à 0,35 UA du soleil.

REP 23/09/04

13,5

12,5

12

11,5

13

11

Asymétrie de la densité exosphérique, mais aussi du contenu adsorbé dans le régolithe

Leblanc et Johnson, 2003

Mécanismes de formation

Forte variabilité observée des abondances de Na et K :

corrélations avec le flux solaire (influence directe et/ou via l’activité magnétosphérique) Influence possible de la capacité des réservoirs de surface (variable géographiquement?)

REP 23/09/04

Killen & Ip, 1998

Processus de perte et interactions magnétosphériques

Leblanc et Delcourt, 2002

REP 23/09/04

Echappement par ionisation et entraînement par le vent solaire.

Une partie des ions ne s’échappe pas

Composition chimique du régolithe

REP 23/09/04 Morgan & Killen, 1997

Espèces réfractaires (Ca, Al, Mg, Fe, Si etc…) relâchées par criblage

Espèces volatiles (Na, K, S, OH, …) relâchées par photo-désorption

Proportions non stœchiométriques : prise en compte nécessaire des processus de formation pour remonter à la composition du régolithe.

Glace d’eau en régions polaires

Côté nuit, la surface est illuminée par le Ly-alpha interplanétaire -1216 Å- (300-1000 Rayleigh).

Le signal réfléchi est de l’ordre de 15-50 Rayleighs.

En présence de nappes de glace en surface, absorption du Ly-alpha, d’où contraste de réflectivité (quelques dizaines de Rayleigh).

Recherche de régions sombres sur la face nuit, et notamment au fond des cratères jamais illuminés des régions polaires.

REP 23/09/04

Dégazage crustal : recherche de l’argon et des gaz rares

REP 23/09/04

Killen & Ip (1999)

Cas de la lune

Minéralogie : signatures de Fe-O

Caractéristiques générales : faible réflectance au dessous de 200-250 nm (bande de valence-conduction) ; dans le proche UV : transitions de transfert de charge.

Signatures minéralogiques : pentes et formes des spectres entre 200 nm et 500 nm, présence de FeO (à 250-260 nm), signatures fines des minéraux (entre 100 and 140 nm).

REP 23/09/04

100 nm

200 nm

500 nm

100 nm

200 nm

500 nm

Spectres de poudres de feldspaths (gauche) et de pyroxènes (droites) (Wagner et al, 1987).