L’instrument HIRIMS sur la sonde JUICE/Laplace

Contexte scientifique

L’instrument HIRIMS (High Spectral Resolution Near-Infrared Mapping Spectrometer) est un spectromètre imageur à haute résolution spectrale pour la mission JUICE/Laplace. Il permettra d’étudier les structures dynamiques et la composition de l’atmosphère de Jupiter.

Les objectifs scientifiques principaux sont :

• la mesure de l’abondance du CO et de l’H₂O, la mesure de la structure des nuages d’eau et plus généralement la mesure du déséquilibre des espèces condensables dans l’atmosphère profonde
• caractériser la nature de la source externe d’approvisionnement d’oxygène par la mesure du CO dans la stratosphère.
• caractériser spatialement et temporellement les variations des structures de la haute atmosphère par la mesure des raies spectrales de H₃⁺ et CH₄.

Concept instrumental

Le concept de l’instrument HIRIMS proposé par le LESIA dans le cadre des études de pré-phase A de la mission JUICE/Laplace, est basé sur le principe d’un spectromètre imageur statique à transformée de Fourier travaillant dans 2 bandes spectrales respectivement autour de 3.4µm et 4.7µm avec une résolution spectrale de l’ordre de 50000. Le principe optique est une adaptation de l’interféromètre de Michelson en coin d’air dans lequel les miroirs sont remplacés par les réseaux de diffraction. Cette technique permet d’hétérodyner l’interférogramme ce qui augmente significativement la résolution spectrale.

La lumière est collectée par un télescope et filtrée spatialement par une fente. Un cube séparateur et des réseaux de diffraction forment des franges de Fizeau qui sont ré-imagées sur le détecteur grâce à un objectif. La transformée de Fourier de l’interférogramme ainsi obtenu fournit le spectre de la scène observée. L’objectif comporte une optique cylindrique qui permet de libérer une dimension utilisée pour l’imagerie. Pour limiter son rayonnement thermique, l’instrument est refroidi à 140K (-133°C) à l’aide d’un radiateur. Le détecteur est refroidi à 90K (-183°C) à l’aide d’une machine cryogénique.

Schéma optique de HIRIMS

Le LESIA étudie ce type de concept instrumental depuis plusieurs années dans le cadre de R&D financée par le CNES. Ces études ont fait également l’objet d’une thèse de doctorat (C. Damiani, 2009).

Schéma opto-mécanique de l’instrument HIRIMS

Personnels LESIA impliqués dans la phase d’étude de l’instrument HIRIMS