AVANT-PROPOS

Cluster ouvre un nouveau champ de diagnostic de l'environnement lointain de notre planète. Dans la mesure où la matière constitutive de cet environnement (plasma chaud) est extrêmement répandue dans l'univers, c'est aussi une mission de physique fondamentale qui devrait permettre de mieux comprendre les processus de base qui interviennent dans de nombreux objets en astrophysique.

Au-delà de ces aspects fondamentaux, Cluster est également une mission destinée à l'analyse des relations "Soleil/Terre" avec pour finalité la compréhension ou même, à terme, la prévision des perturbations que l'activité solaire peut provoquer sur notre environnement.

Couplé avec l'observatoire spatial SOHO, et avec d'autres sondes exposées au vent solaire, Cluster devrait permettre de comprendre et de modéliser le fonctionnement du bouclier magnétique qui protège la Terre de l'arrivée directe des particules d'origine solaire et de quantifier le lien entre ces particules et leurs effets sur notre environnement.

La mission Cluster constitue, avec SOHO, la première pierre angulaire du programme " Horizon 2000 " de l'Agence Spatiale Européenne (ESA). Après l'échec du premier tir de Cluster, en 1996, l'ESA et la communauté scientifique ont engagé un effort important pour reconstruire les quatre satellites Cluster " à l'identique ", ce qui a permis de minimiser les coûts en réutilisant les études existantes. Les tirs en juillet et août 2000 des deux paires de satellites ont été un succès total.

Les originalités de la mission CLUSTER

Cluster n'est pas la première mission spatiale qui va étudier l'environnement ionisé de notre planète (environnement appelé 'magnétosphère'). Elle est cependant originale sur bien des aspects et on peut en attendre une révolution dans notre appréhension des processus s'y développant.

Un tétraèdre dans l'espace

Un tetraedre dans l'espace

Les quatre satellites Cluster définissent un tétraèdre dans l'espace. Les arêtes de ce tétraèdre ont une longueur de quelques centaines à quelques milliers de kilomètres. Ce système de quatre points de mesures va explorer systématiquement l'environnement lointain de la Terre, à des distances variant de 10 à 20 rayons terrestres.

Les mesures effectuées à partir d'instruments identiques situés aux sommets de ce tétraèdre vont permettre, pour la première fois, de déterminer la géométrie des structures tri-dimensionnelles qui se développent dans notre magnétosphère et à ces interfaces avec le milieu interplanétaire.

Le tétraèdre Cluster permet également de lever l'ambiguïté entre variations temporelles et variations spatiales qui a toujours gêné l'interprétation des mesures des expériences effectuées par un seul satellite.

De nouveaux " outils " de diagnostic

On ne peut en effet pas interpréter les mesures effectuées avec un seul satellite sans faire des hypothèses difficilement vérifiables sur la nature spatio-temporelle des processus étudiés.

L'hypothèse habituelle consiste à supposer que le milieu est homogène dans l'espace et que les variations observées sont dues à des variations temporelles. Ce type d'hypothèse est évidemment incorrect dans le cas de l'étude des enveloppes minces qui caractérisent la transition entre notre environnement et l'espace interplanétaire.

L'hypothèse inverse n'est pas non plus satisfaisante. Certaines de ces enveloppes ne sont en effet pas stationnaires et subissent périodiquement des processus de destruction et de reconstruction.

Avec Cluster il sera possible, pour la première fois dans l'espace, de résoudre cette difficulté en séparant les variations spatiales des variations temporelles.

En jouant sur l'écartement des satellites et en corrélant leurs mesures, il devient possible d'estimer les échelles spatiales et temporelles des processus physiques. Des méthodes ont été développées et seront mises en œuvre pour caractériser les ondes et la turbulence du milieu à partir des 4 points de mesure. Enfin, connaissant la géométrie du tétraèdre formé par les 4 satellites, on calculera directement les opérateurs différentiels qui interviennent dans les équations qui décrivent l'évolution du plasma.

Les mesures multipoints coordonnées vont donc offrir un nouveau champ de diagnostic de l'environnement ionisé de la Terre.

Un ballet bien réglé

Pour mettre en oeuvre ces nouveaux diagnostics, il est nécessaire de contrôler la distance séparant les satellites et le tétraèdre qu'ils forment. Pour illustrer ce point, on peut remarquer qu'un tétraèdre régulier permettra d'obtenir une meilleure description de structures tri-dimensionnelles. Bien que les quatre satellites soient équipés de moteurs puissants, permettant de les manœuvrer, le nombre et l'amplitude de ces manœuvres sont nécessairement limités.

Les scientifiques et les ingénieurs de l'ESA ont optimisé ces manœuvres pour tirer le parti scientifique maximum du carburant embarqué.


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