Theoretical and experimental studies of electromagnetic resonances in the ionospheric cavities of planets and satellites; instrument and mission perspectives
Résonances des cavités ionosphériques des planètes et de leurs satellites: progrès et perspectives instrumentales
Résumé
The study of extremely low frequency electromagnetic waves in the ionospheric cavities of planets and satellites surrounded by atmospheres follows an approach similar to that developed for Earth. It contributes to the characterization of the atmospheric electric circuit and associated energy sources, and to the identification of the cavity boundaries. A finite element model is developed and applied to those bodies, with the aim of studying, in particular, the Schumann resonance. The validity of a model of Titan's cavity is checked against the measurements performed by the PWA analyzer, onboard the Huygens Probe. The discovery of an ionized layer at low altitude and the evaluation of the surface dielectric properties, after touchdown, are also addressed. The acquired experience is applied to the design of novel instruments, ARES and SP2, to study the atmosphere and the ground of the planet Mars, in the forthcoming ExoMars mission, and of other celestial bodies in future space missions.
L'étude des ondes d'extrêmement basses fréquences dans les cavités ionosphériques des planètes et satellites dotés d'atmosphère suit une approche similaire à celle suivie pour la Terre. Elle contribue à la caractérisation du circuit électrique atmosphérique, des sources d'énergie associées et des limites des cavités. Un modèle numérique à éléments finis a été développé et appliqué à ces corps planétaires en vue d'étudier en particulier les résonances de Schumann. La pertinence d'un modèle de la cavité de Titan a été testée par rapport aux mesures de l'instrument PWA de la sonde Huygens. La découverte d'une couche ionisée à basse altitude et l'évaluation des propriétés diélectriques de la surface après l'atterrissage sont exposées. L'expérience acquise est appliquée à la conception de nouveaux instruments, ARES et SP2, pour étudier l'atmosphère et le sol de la planète Mars dans le cadre du projet ExoMars et pour d'autres corps lors de futurs projets spatiaux.