THEMIS en détails

Contexte

Le projet THEMIS est une mission de la NASA, comportant initialement 5 satellites dont les instruments ont été conçus par des scientifiques américains et auxquels ont participé des laboratoires français.

Vue d’artiste des 5 satellites THEMIS en formation © NASA

Objectifs

Étudier les phénomènes explosifs à l’origine des aurores polaires (sous-orages magnétiques)
Déterminer le lieu de déclenchement du processus sous-jacent aux sous-orages magnétiques
Déterminer la nature du processus responsable des sous-orages magnétiques
Étudier la propagation et les couplages liés au phénomène des sous-orages magnétiques

L'objectif principal de THEMIS était de déterminer sans ambiguïté le lieu de déclenchement et la nature du processus macroscopique (reconnection ou interruption de courant) responsable des sous-orages, d'en étudier les relations de causalité et d'en caractériser la propagation et les couplages. À l'aide de moyens sols, il s'agissait aussi de caractériser le couplage ionosphère/magnétosphère. Les objectifs secondaires étaient centrés sur l'étude des ceintures de radiations, de la magnétopause et des couches frontières.

La mission THEMIS a contribué à la compréhension de la météorologie spatiale. Cette compréhension permet de mieux prévoir les aurores polaires et d’améliorer la sécurité des satellites et des systèmes électriques.

Instruments

Chaque satellite THEMIS est équipé de 5 instruments, qui sont :

FGM (FluxGate Magnetometer = magnétomètre à entrefer)
EFI (Electric Field Instruments = instruments de champ électrique)
ESA (ElectroStatic Analyzer = analyseur électrostatique)
SCM (Search Coil Magnetometer = magnétomètre à bobine d'exploration)
SST (Solid State Telescopes = télescopes à semi-conducteurs)

Schéma représentant l’un des 5 satellites THEMIS et de ses senseurs © J.W. Bonnell et al., The Electric Field Instrument (EFI) for THEMIS, Space Science Reviews (2008)

Déroulé du projet

Les 5 satellites THEMIS ont été lancés par un lanceur DELTA II depuis Cape Canaveral, USA, le 16 février 2007.

Jusqu’au 15 septembre 2007, les 5 satellites ont été placés sur une même ligne, et en décembre 2007 leurs orbites ont été réhaussées pour leur permettre de faire des mesures de la queue magnétique de la Terre. La mission scientifique a commencé le 4 décembre 2007.

Le 19 mai 2008, la NASA a annoncé une prolongation de la mission jusqu’en 2012.

Deux des satellites ont quitté la mission THEMIS en 2010 pour participer au projet Artemis de la NASA, et ont été renommés ARTEMIS-P1 et ARTEMIS-P2. Leur trajectoire a été modifiée pour insertion en orbite lunaire.

Ces deux sondes ont été repositionnées en orbite autour de la Lune (60 rayons terrestres, RT) afin d'étudier l’interaction Lune/vent solaire ainsi que la queue géomagnétique lointaine (structure autour de la Terre due à l'interaction entre le vent solaire et le champ magnétique terrestre).

Les trois autres sondes sont toujours en orbite équatoriale avec un apogée à 12 rayons terrestres. Au moment du lancement de la mission NASA MMS (Magnetospheric Multiscale mission) en mars 2015, ces sondes étaient positionnées de manière à fournir des données complémentaires sur la magnétopause, une frontière entre le vent solaire et le champ magnétique de la Terre. En particulier, elles ont aidé à mieux comprendre les interactions complexes entre le vent solaire et le champ magnétique de la Terre.

En 2020, les positions relatives des deux missions ont permis à MMS de collecter des informations dans la région subsolaire (la zone de l'espace directement exposée au soleil) pendant que THEMIS, était du côté opposé, et réciproquement. Ces configurations complémentaires ont aidé à comprendre de manière plus précise des phénomènes comme la reconnexion magnétique (réorganisation des lignes de champs magnétiques) ou l'accélération des particules, et ainsi, la manière dont l'énergie est transformée et distribuée dans la magnétosphère (zone autour de la Terre influencée par son champ magnétique). Depuis 2021, les apogées des deux missions sont désormais en phase et permettent des études en fonction de la distance radiale à la Terre aussi bien côté jour que côté nuit.

Par ailleurs, la mission THEMIS et particulièrement l’instrument SCM fournissent d’importantes mesures des ondes de sifflement de type chœur (chorus) dans la région des ceintures de radiation. L’analyse de l’interaction de ces ondes avec les électrons est cruciale pour la compréhension de la dynamique des ceintures et des mécanismes d’accélération.

Position des cinq satellites THEMIS (P1 à P5) par rapport au champ magnétique © CNES

Organisation

Deux laboratoires français ont participé à cette mission :

Le LPP : il a fourni les antennes magnétiques et les structures tri-axes (fabriquées par GDTech). Les préamplificateurs associés ont été fabriqués en France (par la société 3D+). Le LPP a également assuré aussi la définition, le contrôle technique, la recette, et l'intégration sur support de ces préamplificateurs. Le LPP a également participé aux intégrations, et a fourni un "sniffer" pour mesurer la pollution électromagnétique des autres expériences et des systèmes satellite.
L'IRAP est co-proposant ; il a pris part à la définition de la mission et participe à l'analyse et à l'interprétation de l'ensemble des données.