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Relation Soleil ? Mars: description et analyse des échanges présents et passés entre magnétosphère et atmosphère – HELIOSARES

Résumé de soumission

Selon toute probabilité, l?atmosphère de Mars a évolué d?une atmosphère similaire à l?atmosphère primitive de la Terre, il y a de cela 4 milliards d?années, à l?atmosphère actuelle cent fois moins dense que celle de la terre aujourd?hui et pratiquement sèche. Nous ignorons cependant toujours pourquoi et surtout comment, la plupart de l?eau qui devait exister à la surface de Mars au début de son histoire a disparu contrairement à ce qui s?est passé sur Terre. En fait, nous ignorons même si l?atmosphère que nous observons aujourd?hui est le résidu de cette atmosphère primitive ou simplement le produit de l?équilibre entre dégazage de la surface et échappement atmosphérique vers le milieu interplanétaire. La NASA a récemment décidé de lancer en 2013 MAVEN une mission vers Mars dédiée à l?étude de l?échappement atmosphérique actuel et de sa dépendance en fonction de l?activité solaire, ce qui est la meilleure approche pour pouvoir extrapoler l?échappement actuel jusqu?à son origine. Du côté européen, la mission MarsNext, dont le lancement est prévu en 2016, est en cours d?étude et devrait emporter un ensemble d?instruments dont l?objectif sera de caractériser le rôle du vent et flux solaires sur la thermosphère, l?ionosphère, l?exosphère et la magnétosphère en relations avec l?échappement atmosphérique. Cependant, les mesures de l?échappement atmosphériques actuelles réalisées par la sonde européenne Mars Express ont montré que toute mesure de ce type et plus généralement de l?environnement martien a besoin, pour être correctement interprétée, d?être analysée en utilisant des outils de simulation sophistiqués de l?interaction du vent solaire avec Mars. Nous avons développé un outil de ce type en couplant pour la première fois, un modèle 3D de l?exosphère de Mars (c'est-à-dire l?extension non-collisionnelle de l?atmosphère vers le mileiu interplanétaire) avec un modèle 3D de la formation de la magnétosphère martienne par interaction avec le vent solaire. Ce travail a mis en évidence, en particulier, le besoin de décrire précisément les quelques centaines de kilomètres au dessus de la surface de la planète si l?on veut comprendre les différents processus à l?origine de l?échappement atmosphérique et si l?on veut pouvoir extrapoler cette connaissance à l?ensemble de l?histoire martienne. Notre projet est de développer, coupler et appliquer au cas de Mars un ensemble de trois modèles qui nous permettra d?appréhender les détails de l?interaction du vent solaire avec Mars de sa surface jusqu?au vent solaire. Plus concrètement, nous souhaitons améliorer trois modèles décrivant des régions différentes de Mars afin de pouvoir les coupler de manière consistante, c?est à dire: - un modèle 3D hybride de la magnétosphère afin d?adapter sa résolution spatiale au couplage avec la haute atmosphère martienne c'est-à-dire à ses échelles de hauteur, - un modèle 3D de l?exosphère afin de pouvoir le coupler finement avec le « European Martian Global Circulation model (EMGCM) » et en particulier avec la thermosphère et ionosphère de ce modèle, - l?EMGCM au couplage avec le modèle magnétosphérique, c?est à dire, d?étendre ce modèle jusqu?à l?exobase de Mars afin d?y pouvoir calculer les paramètres ionosphériques nécessaires au modèle magnétosphérique. Le principal résultat de ce projet sera d?obtenir la première description consistante de l?environnement martien de la surface jusqu?au choc du vent solaire et prenant en compte tous les couplages entre magnétosphère, exosphère et haute atmosphère. L?application de cette approche à différentes conditions solaires représentera la première illustration de ce travail. Nous aurons d?autre part la possibilité de caractériser les nombreuses relations qui existent entre magnétosphère, exosphère, thermosphère et ionosphère. Nous serons capables d?identifier les principaux paramètres contraignant l?échappement atmosphérique martien ce qui nous permettra de pouvoir extrapoler convenablement l?échappement atmosphérique actuel jusqu?aux origines de Mars. Le second résultat attendu se fera grâce à l?analyse des données existantes suite aux missions Mars Express et Mars Global Surveyor, aux développements d?outils de simulation des mesures réalisées pendant ces deux missions et à l?étude de cas tests qui serviront d?une part de validation de nos développements théoriques et d?autre part à la compréhension des mécanismes régissant l?interaction du vent et flux solaire avec l?atmosphère martienne. Le travail envisagé permettra aux différentes équipes de ce projet d?étendre le domaine d?application de leur propre modèle et d?augmenter considérablement le bénéfice de leurs efforts actuels. Enfin, ce travail sera réalisé de manière générique afin à pouvoir l?appliquer par la suite à d?autres objets planétaires du système solaire, comme par exemple, Vénus mais aussi Titan ou Europa, qui ont été, sont ou seront l?objet de missions spatiales européennes et/ou américaines.

Coordination du projet

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

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Début et durée du projet scientifique : - 0 Mois

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