Overblog
Editer l'article Suivre ce blog Administration + Créer mon blog

Explorer les environnements plasma planétaires à partir de votre ordinateur portable !

Publié le par ESA Science

Source : ESA Science. Il s'agit d'une traduction de leur article en anglais.

Une nouvelle base de données de simulations de plasma, combinée à des données d'observation et à des outils de visualisation puissants, offre aux scientifiques planétaires une manière sans précédent d'explorer certains des environnements plasma les plus intéressants du système solaire.

Visualisation de l'environnement plasma de Mars. Crédit: CNES / IRAP / GFI informatique; LatHyS; 3DView

Visualisation de l'environnement plasma de Mars. Crédit: CNES / IRAP / GFI informatique; LatHyS; 3DView

Cette histoire de l'exploration spatiale numérique commence par l'Integrated Media for Planetary Exploration ( IMPEX ), un projet collaboratif visant à créer un centre de données commun pour les missions spatiales.

Alors que les missions planétaires sont cruciales pour comprendre comment le vent solaire interagit avec les magnétosphères des planètes et des lunes de notre système solaire, les modèles numériques sont, à leur tour, essentiels pour comprendre pleinement les mesures et améliorer notre connaissance des environnements plasma planétaires.

Le projet IMPEx a réuni des experts d'Autriche, de France, de Finlande et de Russie pour trouver un langage commun permettant de combiner des données issues de différents modèles de simulation et de comparer ces résultats numériques avec des données d'observation recueillies par des missions spatiales du système solaire.

C'est dans ce contexte qu'un groupe dirigé par Ronan Modolo au Laboratoire Atmosphères, Milieux, Observations Spatiales (LATMOS), en France, a commencé à développer une collection de simulations de plasma sur différents corps planétaires. La base de données Latmos Hybrid Simulation (LatHyS) et ses utilisations sont présentées dans une nouvelle étude publiée plus tôt cette année dans un numéro spécial de Planetary and Space Science .

Modélisation des environnements célestes

La base de données LatHyS inclut un certain nombre de résultats de simulation de plasma - le mélange de particules chargées qui imprègnent l'espace interplanétaire - sur des planètes sélectionnées ou des corps planétaires dans notre système solaire. Les simulations sont basées sur des modèles numériques avancés qui prennent en compte un certain nombre de processus physiques et chimiques complexes dans les atmosphères supérieures des objets célestes, leur interaction avec le vent solaire et la réponse au rayonnement solaire.

« Jusqu'ici, les objets célestes modélisés par des simulations LatHyS incluent Mars, Mercure et la lune de Jupiter, Ganymède », explique Modolo. " Nous prévoyons d'étendre cette base de données à d'autres objets comme la lune Titan de Saturne et, à plus long terme, à d'autres lunes de Jupiter, comme Europa ou Callisto ", ajoute-t-il.

La base de données donne à la communauté des sciences planétaires accès à des données de plasma simulées, y compris les champs électriques et magnétiques, la densité, la température et la vitesse de masse du plasma. LatHyS, avec une suite d'outils d'analyse et de visualisation des données, permet aux chercheurs de combiner facilement des données de divers engins spatiaux avec des résultats de simulation, pour créer des images 3D montrant comment le vent solaire interagit avec le plasma planétaire.

« En quelques clics, l'utilisateur peut obtenir une scène tridimensionnelle réaliste de l'environnement du plasma sur la planète et de la trajectoire du vaisseau spatial, avec des mesures in situ enrichies par des résultats de simulation », explique Dmitri Titov, chercheur au projet Mars Express de l'ESA. un utilisateur de la base de données, qui n'a pas participé à l'étude.

" Les utilisateurs peuvent également utiliser cet outil pour créer des animations et, du point de vue scientifique, visualiser les mesures dans le contexte où elles ont été réalisées et aider à planifier les futures observations."

Pour montrer à quel point LatHyS et ses outils de visualisation 3D peuvent aider à comprendre les environnements plasma planétaires, Modolo et son équipe ont présenté un cas scientifique dans leur nouvelle étude sur Mars. Ils ont utilisé des données d'observation de Mars Express de l'ESA, une mission qui explore la planète rouge depuis 2003, en sondant son environnement plasma dans des détails sans précédent. Ils s'appuient également sur les données d'un second orbiteur Mars équipé d'un instrument à plasma: Mars Atmosphère et Volatile Evolution Mission ( MAVEN ) de la NASA, arrivé à Mars en 2014 et a étudié l'environnement plasma de la planète et son interaction avec le vent solaire en collaboration avec Mars Express depuis.

Explorer les environnements plasma planétaires à partir de votre ordinateur portable !

Pour la nouvelle étude, les chercheurs ont combiné et comparé les données de MAVEN et Mars Express avec les résultats de la simulation LatHyS. En combinant les simulations avec les données d'observation et les orbites des deux vaisseaux spatiaux en utilisant 3DView - un outil de visualisation 3D également développé dans le cadre de l'IMPEx - ils pourraient analyser de manière nouvelle comment le vent solaire interagit avec la haute atmosphère de Mars.

Tandis que le cas scientifique se concentrait sur la planète rouge et sur les missions Mars Express et MAVEN, la base de données peut être utilisée pour explorer d'autres corps dans le système solaire, comparant les résultats de simulation aux données d'observation d'autres missions spatiales.

" Toutes les missions planétaires avec des instruments à plasma - passés, présents et futurs - peuvent être potentiellement utilisées, mais pour l'instant nous nous concentrons sur celles dédiées à Mars, Mercure et Ganymède ", explique Modolo.

Cela inclut Rosetta de l'ESA, qui a survolé Mars 2007 en route vers Comet 67P / Churyumov-Gerasimenko, et, à l'avenir, BepiColombo et JUICE , le JUpiter ICy lunes Explorer. Le Mercure Magnetospheric Orbiter et le Mercury Planetary Orbiter de la mission ESA-JAXA BepiColombo exploreront différentes régions de l'environnement plasma de Mercure, tandis que le JUICE de l'ESA a Ganymède , la plus grande lune de Jupiter, comme l'une de ses principales cibles.

Modolo se tourne vers les futures missions puisque LatHyS, associé à des outils de visualisation, peut aider à les planifier.

" Ces applications peuvent être utilisées pour soutenir l'analyse des observations in-situ et aussi aider à préparer et optimiser le retour scientifique des futures missions ", ajoute-t-il.

Explorer les environnements plasma planétaires à partir de votre ordinateur portable !

Voir le système solaire en 3D

Une force de LatHyS est de savoir comment cela fonctionne avec 3DView , une application puissante pour afficher des données scientifiques en 3D. Dans la version actuelle de la visionneuse, les utilisateurs peuvent visualiser les trajectoires des engins spatiaux, les positions des planètes et d'autres corps du système solaire, entre autres caractéristiques. Plus important encore, grâce à l'intégration avec IMPEx et LatHyS, 3DView peut afficher des données scientifiques provenant de plusieurs missions spatiales, ainsi que des simulations. Un nouveau document, dirigé par Vincent Génot de l'IRAP à Toulouse, publié dans le même numéro de Planetary and Space Science , présente la dernière version de l'outil et décrit en détail comment il peut être utilisé pour afficher les données de la physique de l'espace.

3DView, conçu par le Centre français de données sur la physique des plasmas ( CDPP ), a été initialement développé en 2005 pour visualiser la trajectoire du vaisseau spatial Rosetta de l'ESA en route vers la comète. Le téléspectateur comprend maintenant quelque 150 missions spatiales, y compris Rosetta, Venus Express et Cassini-Huygens, ainsi que toutes les planètes et les lunes du système solaire et un certain nombre d'astéroïdes et de comètes.

« 3DView offre la possibilité de visualiser des éphémérides de vaisseaux spatiaux - de missions passées, présentes et futures - et, lorsque disponibles, des observations sur tous les objets célestes du système solaire explorés par des missions spatiales équipées d'instruments à plasma », explique Génot.

L'une des principales applications de l'outil, également en combinaison avec LatHyS, est d'aider les scientifiques et les ingénieurs pendant les phases de préparation des missions spatiales, leur permettant de visualiser les trajectoires des engins spatiaux et l'environnement des corps célestes. En 2014, une version de 3DView a aidé les scientifiques dans le processus de sélection d'un site d'atterrissage à la comète de Rosetta pour la sonde Philae.

JUICE, dont le lancement est prévu pour 2022. Les chercheurs ont combiné les observations de Ganymède faites par la mission Galileo de la NASA il y a quelques décennies avec les simulations LatHyS de l'environnement plasma de cette lune de Jupiter. Les scientifiques de JUICE ont utilisé 3DView de la même manière, pour analyser des simulations à Ganymede et recueillir des informations, telles que les temps pour les approches les plus proches ou les passages de la magnétopause, sur les futures envolées de la lune par JUICE.

Visualisation de l'environnement ionisé de Ganymede. Crédit: CNES / IRAP / GFI informatique; LatHyS; 3DView

Visualisation de l'environnement ionisé de Ganymede. Crédit: CNES / IRAP / GFI informatique; LatHyS; 3DView

« L'outil 3DView est utile pour visualiser la trajectoire de JUICE dans le système de Jupiter et aussi pour visualiser les limites magnétosphériques« invisibles » , explique Olivier Witasse, scientifique du projet JUICE de l'ESA.

Alors que son principal public cible est la communauté scientifique, 3DView attire également l'attention en tant qu'outil éducatif. Le code est open source et le logiciel est souvent utilisé dans les cours d'enseignement supérieur pour aider les étudiants à mieux comprendre la physique spatiale.

De fournir de nouvelles façons d'explorer notre système solaire à la planification des missions futures et d'inspirer la prochaine génération de chercheurs spatiaux, LatHyS et 3DView montrent combien les scientifiques et les ingénieurs peuvent gagner en combinant des observations et des simulations.

Remarques

Le médium intégré pour l'exploration planétaire ( IMPEx ) a été financé dans le cadre du programme FP7 de la Commission européenne entre 2011 et 2015.

Pour plus d'information veuillez contacter:

Ronan Modolo
Laboratoire Atmosphères, Milieux, Observations Spatiales (LATMOS)
Vélizy, France
Email: ronan.modolo @latmos.ipsl.fr

Vincent Génot
Institut de Recherche en Astrophysique et Planétologie (IRAP)
Toulouse, France
Email: vincent.genot @irap.omp.eu

Dmitri Titov
Scientifique du projet ESA Mars Express
Agence spatiale européenne
Email: dmitri.titov @esa.int

Olivier Witasse
Scientifique du projet ESA JUICE
Agence spatiale européenne
Email: olivier.witasse @esa.int

Commenter cet article