PRINCIPE / REALISATION / PERFORMANCES
Le sondeur à relaxation fonctionne un peu à la manière d’un radar. Un train d’onde centré sur une fréquence est envoyé dans le plasma environnant pendant un temps très court (de l’ordre de la milliseconde, soit un ‘pulse’), pour éviter la saturation du récepteur, ce dernier est activé quelques millisecondes plus tard et capte les signaux émis par le plasma en réponse à cette excitation. Lorsque la fréquence centrale d’émission est proche d’une fréquence caractéristique du milieu, un signal intense pratiquement monochromatique est reçu, c’est une résonance de plasma. Ces résonances se produisent principalement à la fréquence plasma Fpe, la fréquence hybride haute Fuh, la fréquence cyclotronique des électrons Fce, et ses harmoniques nFce, et aux fréquences des modes de Bernstein Fqn. Pour chaque fréquence émise, une transformée de Fourier est appliquée à la forme d’onde du signal reçu dans toute la bande de fréquence de l’instrument (typiquement 0-100 kHz), et seules les raies (typiquement 6 raies) incluses dans la bande de fréquence d’émission (typiquement 1 kHz) sont retenues pour construire un spectre actif. La fréquence d’émission est alors incrémentée (typiquement d’un kHz) et un nouveau sondage est effectué, la transformée de Fourier est de nouveau appliquée à la forme d’onde du signal reçu, et de nouvelles raies vont compléter le spectre actif. Lorsque la bande de fréquence totale du sondeur est couverte (typiquement après une centaines de sondages), un spectre actif complet est obtenu. Les ressources de télémesure étant en général très limitées, seule une partie de l’information calculée à bord est transmise au sol, en particulier, on conserve les modules de l’analyse de Fourier.
En passif, lorsque l’émetteur est désactivé, il est inutile d’effectuer un balayage en fréquence, la résolution temporelle des mesures d’ondes naturelles est alors bien supérieure à celle des mesures actives, même si une moyenne de plusieurs spectres est calculée à bord, à nouveau pour des raisons d’économie de télémesure mais surtout pour réduire le niveau de bruit des mesures, dû en particulier à l’électronique. Il faut environ une seconde pour obtenir un spectre actif et quelques dizaines de millisecondes pour un spectre passif non moyenné. Les fréquences caractéristiques du plasma dépendant de la densité électronique Ne, mais aussi du module du champ magnétique B, ces deux paramètres peuvent être mesurés par le sondeur à relaxation. A ceci s’ajoute l’intensité de la composante électrique des ondes naturelles dans la gamme de fréquence de l’instrument.
Formules
utiles :
Ne (cm-3) = Fpe2 (kHz) / 81
Fce (Hz) = 28 B (nT)
Fuh = (Fpe + Fce)1/2
Fqn sont des fonctions de Fpe et Fce
HISTORIQUE / UTILISATION
Le sondeur à relaxation a volé à bord de GEOS 1 et 2, VIKING, ISEE 1 (satellite principal de la mission ‘International Sun-Earth Explorer’), ULYSSES et des quatre satellites de la mission CLUSTER (instrument WHISPER, Waves of HIgh frequency and Sounder for Probing of Electron density by Relaxation). Il a montré son efficacité dans des milieux très divers de la magnétosphère terrestre et du milieu interplanétaire (vent solaire).