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Explorer les environnements plasma planétaires depuis votre ordinateur portable

Une nouvelle base de données de simulations plasma, combinée à des données d'observation et à de puissants outils de visualisation, fournit aux planétologues un moyen inédit d'explorer certains des environnements plasma les plus intéressants du Système Solaire. Ce moyen d’exploration digitale s’inscrit dans la continuité du projet européen FP7 Integrated Medium for Planetary Exploration ( IMPEx), un projet collaboratif d’exploitation des données de missions spatiales.

Les missions planétaires sont essentielles pour comprendre l’interaction du vent solaire avec les magnétosphères des planètes et des lunes de notre Système Solaire. Les modèles numériques permettent quant à eux de comprendre les mesures effectuées et d’améliorer notre connaissance des environnements plasma planétaire.

Le projet IMPEx a réuni des experts autrichiens, français, finlandais et russes dans le but de trouver un langage commun pour combiner les données issues de divers modèles de simulation et comparer ces résultats numériques aux données d'observation recueillies par les missions spatiales dans l'ensemble du Système Solaire.

C'est dans ce contexte qu'un groupe piloté par Ronan Modolo du Laboratoire Atmosphères, Milieux, Observations Spatiales (LATMOS) en France, a commencé à développer une collection de simulations plasma sur différents corps planétaires. La base de données Latmos Hybrid Simulation (LatHyS) et ses utilisations font l’objet d’une nouvelle étude publiée en début d’année dans un numéro spécial de Planetary and Space Science.

Modéliser des environnements célestes

La base de données LatHyS regroupe un certain nombre de résultats de simulations plasma - ce mélange de particules chargées qui baignent l'espace interplanétaire – à la surface de divers planètes ou corps planétaires de notre système solaire. Les simulations sont basées sur des modèles numériques avancés incluant divers processus physiques et chimiques complexes dans les hautes atmosphères des objets célestes, leur interaction avec le vent solaire et leur réponse au rayonnement solaire.

"A ce jour, Mars, Mercure et la lune de Jupiter, Ganymède, figurent parmi les objets célestes modélisés par les simulations LatHyS", explique Modolo. "Nous prévoyons d'étendre cette base de données à d'autres objets tels Titan, une lune de Saturne et, à plus long terme, à d'autres lunes de Jupiter, comme Europa ou Callisto ", ajoute-t-il.

La base de données permet à l’ensemble des planétologues d'accéder à des données plasma simulées, y compris aux champs électriques et magnétiques, à la densité, à la température ainsi qu’à la vitesse moyenne du plasma. LatHyS, associé à une suite d'outils d'analyse et de visualisation des données, permet aux chercheurs de combiner facilement les données issues de diverses sondes spatiales avec les résultats de simulations, de créer des images 3D montrant le processus d’interaction du vent solaire avec le plasma planétaire, et bien plus encore.

"En quelques clics, l'utilisateur peut obtenir une vue tridimensionnelle et réaliste de l'environnement plasma de la planète et de la trajectoire de la sonde spatiale, ainsi que des mesures in situ enrichies des résultats de la simulation ", explique Dmitri Titov, impliqué dans la mission Mars Express de l'ESA et 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, au plan scientifique, visualiser les mesures dans le contexte où elles ont été effectuées et aider à planifier les observations futures.

Animated simulation of Mars' plasma environment - Copyright: CNES/IRAP/GFI informatique; LatHyS; 3DView

Animated view of the plasma environment at Mars, with ESA's Mars Express and NASA's MAVEN spacecraft in orbit around the Red Planet. Click here to access to the full video.

The video starts by showing Mars and the orbits of Mars Express and MAVEN, with results and observations from LatHyS simulations appearing later. The simulated plasma flow vectors (green arrows) are compared to solar wind flow measurements (blue arrows) along spacecraft tracks. Simulated 2D maps of the plasma flow in the XY and XZ Mars-centred planes complement the scene, where the X axis points towards the Sun; these maps illustrate different regions and boundaries around the planet, including the bow shock.

This animation was obtained using the LatHyS set of plasma simulations and the 3DView visualization tool, which were developed as part of the Integrated Medium for Planetary Exploration ( IMPEx). Copyright: CNES/IRAP/GFI informatique; LatHyS; 3DView

Voir le Système Solaire en 3D

L'un des points forts de LatHyS réside dans sa parfaite compatibilité avec 3DView, une application puissante destinée à l'affichage de données scientifiques en 3D. Dans la version actuelle du logiciel, les utilisateurs peuvent notamment visualiser les trajectoires des sondes spatiales, la position des planètes et d'autres corps du Système Solaire. En outre, grâce à l'intégration avec IMPEx et LatHyS, 3DView peut afficher des données scientifiques issues de multiples missions spatiales, ainsi que des simulations. Un nouvel article rédigé par Vincent Génot de l'Institut de Recherche en Astrophysique et Planétologie (IRAP) à Toulouse, France, et publié dans le même numéro de Planetary and Space Science, présente la dernière version de l'outil et décrit en détail la façon dont il peut être utilisé pour afficher des données de physique spatiale.

3DView, conçu par le Centre français de Données de Physique des Plasmas ( CDPP), a été initialement développé en 2005 dans le but de visualiser la trajectoire de la navette Rosetta de l'ESA en direction de la comète. Le logiciel intègre désormais quelque 150 missions spatiales, dont Rosetta, Venus Express et Cassini-Huygens, ainsi que l’ensemble des planètes et des lunes du système solaire et un certain nombre d'astéroïdes et de comètes.

"3DView offre la possibilité de visualiser les éphémérides d'engins spatiaux - des missions passées, présentes et à venir - et, lorsqu'elles sont disponibles, les données d’observation de l’ensemble des objets célestes du Système Solaire ayant fait l’objet de missions d’exploration par des sondes équipées d'instruments plasma ", explique V. Génot.

L'une des principales applications de l'outil, en combinaison avec LatHyS, consiste à aider les scientifiques et les ingénieurs durant les phases de préparation des missions spatiales, en leur permettant de visualiser les trajectoires des engins spatiaux ainsi que 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 de la sonde Philae sur la comète de Rosetta.

Bien que la communauté scientifique constitue la cible principale de cette application, 3DView peut également être utilisé à des fins éducatives. Le code est open source et le logiciel est souvent utilisé dans l'enseignement supérieur pour aider les étudiants à mieux comprendre la physique spatiale.

Visualisation of the ionised environment of Ganymede

Illustration of the ionised environment of Jupiter's moon, Ganymede, one of the main targets of ESA's future JUICE mission. The scene also includes a flow map on the left of the frame, and is completed by magnetic field lines that pass through the JUICE trajectory.

This image was obtained using the LatHyS set of plasma simulations and the 3DView visualization tool, which were developed as part of the Integrated Medium for Planetary Exploration ( IMPEx). Copyright: CNES/IRAP/GFI informatique; LatHyS; 3DView

En offrant de nouvelles façons d'explorer notre système solaire, en planifiant les missions à venir et en inspirant la prochaine génération de chercheurs, LatHyS et 3DView montrent tout l’intérêt, pour les scientifiques et ingénieurs, de combiner les données issues des observations et des simulations numériques.

Ressources complémentaires

Contact IRAP

  • Vincent Génot, vincent.genot@irap.omp.eu 
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