Cassini montre l’ubiquité des nano poussières interplanétaires

Les nanoparticules sont intermédiaires entre les ions moléculaires et les grains de poussière. Elles ont été découvertes dans le vent solaire à 1 Unité Astronomique (1 AU représente la distance entre la Terre et le Soleil) du Soleil par les sondes STEREO en 2009. Leur petite taille leur confère des propriétés singulières. Comme une proportion importante de leurs atomes est située à leur surface, elles interagissent de façon privilégiée avec le milieu ambiant. Et leur charge électrique est suffisamment grande pour que leur mouvement soit gouverné par les forces électromagnétiques, ce qui permet leur accélération par le vent solaire magnétisé jusqu’à presque 400 km/s.
Lorsqu’une de ces nanoparticules rencontre un obstacle comme une sonde spatiale, l’impact produit un micro-cratère dont la matière se vaporise et s’ionise, créant un nuage de plasma en expansion (Figure 1).

Figure 1. Principe de la détection de poussières rapides par un instrument radio à bord d’une sonde spatiale (crédit : Meyer-Vernet et al. 2010, DOI : 10.1063/1.3395912)

Ces charges électriques produisent un signal qui peut être détecté par un récepteur radio connecté à des antennes électriques (Figure 2).

Figure 2. Impulsions de champ électrique mesurées par une antenne électrique de l’instrument RPWS sur la sonde Cassini à environ 1.5 Unités Astronomiques du soleil (crédit : Schippers et al 2015, ApJ sous presse).

L’analyse des spectres de puissance des signaux mesurés à différentes distances du Soleil a permis de déterminer la décroissance du flux de nano poussières avec la distance au Soleil (Figure 3).

Figure 3. Flux de nano poussières mesuré par l’instrument RPWS/HFR à bord de la sonde Cassini entre les orbites de la Terre et de Jupiter. Pour comparaison, les symboles en couleur vers 5 UA représentent des mesures faites précédemment près de Jupiter (crédit : Schippers et al 2015, ApJ sous presse).

Ce flux est en accord avec une production de nano poussières près du Soleil et une accélération par le champ électrique de convection du vent solaire magnétisé jusqu’à des vitesses d’environ 400 km/s, comme prédit par les modèles de dynamique. Il dépasse de plusieurs ordres de grandeur le flux de nano poussières éjectées par la planète Jupiter dès qu’on s’en éloigne suffisamment.

Crédits : L’instrument RPWS sur Cassini a pour Investigateur Principal W. S. Kurth, qui a succédé en 2014 à D. Gurnett (Université d’Iowa, USA). Le récepteur RPWS/HFR a été construit au LESIA (Observatoire de Paris, INSU-CNRS, Universités Paris 6 et Paris 7) avec le soutien du CNES et du CNRS.

Réferences

• Schippers P., Meyer-Vernet N., Lecacheux, A., Belheouane, S., Moncuquet, M., Mann, I., Kurth W. S., Mitchell D. G., André, N. : 2015, Nanodust detection between 1 and 5 AU by using Cassini wave measurements, Astrophys. J., sous presse,
• Schippers P., Meyer-Vernet N., Lecacheux, A., Kurth W. S., Mitchell D. G., André, N. : 2014) Nanodust detection near 1 AU from spectral analysis of Cassini/Radio and Plasma Wave Science data, Geophysical Research Letters, 41, 5382-5388, DOI : 10.1002/2014GL060566

Dernière modification le 21 décembre 2021