La goniopolarimétrie regroupe un ensemble de techniques permettant de retrouver les caractéristiques d’une onde électromagnétique (flux, polarisation, direction du vecteur d’onde) à partir de données obtenues sur un récepteur radio multi-canal connecté à des antennes dipolaires, comme par exemple les récepteurs radio Cassini/RPWS/HFR et STEREO/Waves, tous deux conçus au LESIA.
Les mesures brutes issues de ces instruments sont des autocorrélations et des intercorrélations des tensions détectées aux bornes des antennes du récepteur. Dans un article récent, B. Cecconi et P. Zarka [1] ont proposé des inversions goniopolarimétriques analytiques à appliquer à ces mesures, dans le cas de sources ponctuelles. Cette étude montrait que l’incertitude sur les résultats goniopolarimétriques dépendait de 3 facteurs : (i) le rapport signal sur bruit, (ii) le bruit de numérisation, et (iii) la direction du vecteur d’onde par rapport aux directions des antennes. Ce dernier critère géométrique est essentiel pour obtenir des résultats précis. On étudie ici l’effet de la taille apparente de la source sur les résultats goniopolarimétriques lorsqu’on utilise des inversions supposant une source ponctuelle. Cette étude montre que les biais introduits sont négligeables si la taille apparente de la source est inférieure à ~5°-10°.
Cet article décrit pour la première fois les équations permettant de modéliser la réponse instrumentale d’un récepteur radio connecté à plusieurs antennes dipolaires dans le cas d’une source étendue et quelle que soit la configuration géométrique des antennes (le cas particulier d’autocorrélations sur des antennes orthogonales avait déjà été traité [2] et les expressions établies dans cette étude sont bien compatibles avec celles-ci). Ces expressions seront très utiles pour le développement de méthodes d’inversions goniopolarimétriques incluant la taille apparente de la source comme paramètre de sortie.
Le cas d’une source étendue axisymétrique est traité — i.e., la distribution de brillance autour du centre de la source, vue depuis l’observateur, montre une symétrie de révolution —, avec 3 profils radiaux d’intensités distincts (uniforme, sphérique et gaussien). La taille de la source est exprimée par son rayon disque-équivalent (le rayon d’une source circulaire induisant les mêmes mesures). Il a été montré que les erreurs sur les mesures ne dépendaient du type de profil radial de brillance que par un facteur multiplicatif par rapport à une source de brillance uniforme.
A travers une étude statistique exhaustive des erreurs induites par la taille de la source sur toutes les observables goniopolarimétriques, il est montré que les conditions pour lesquelles les incertitudes restent du même ordre de grandeur que pour une source ponctuelle sont (pour une source uniforme) : taille de la source inférieure à 5° pour une incertitude de 1° sur la direction du vecteur d’onde, inférieure à 10° pour une incertitude de 10% sur les taux de polarisation et de 1dB sur les flux. Ces conditions respectent les critères de sélections géométriques décrits dans l’article de B. Cecconi et P. Zarka [1].
Cette étude montre ainsi que dans le cas des émissions radio de Saturne, observées par Cassini, les biais introduits par la taille de la source sont négligeables et donc que les inversions développées pour une source ponctuelle sont applicables. En revanche, dans le cas des sursauts radio solaires observés avec les deux récepteurs STEREO/Waves [3], il faudra développer des inversions incluant la taille de la source comme paramètre libre pour s’affranchir des biais introduits par l’extension des sources (les extensions angulaires vues depuis l’orbite de la Terre sont de l’ordre de plusieurs dizaines de degrés).
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| Figure 1. Le Satellite STEREO-B. Les différents instruments sont indiqués ainsi que les antennes de l'expérience S/Waves. |
Figure 2. Erreur sur la direction du vecteur d'onde, pour une source uniforme d'un rayon apparent de 5°. Les directions des 3 antennes sont notées (hz, h+x et h-x). Les pointillés sont les isocontours pour lesquels l'erreur sur la position de la source est inférieure à 1°, 2°, 5° ou 10° (suivant l'annotation) pour 99% des mesures simulées. Les traits pleins correspondent aux isocontours pour des erreurs à 1°, 2° ou 5°, mais pour 50% des mesures simulées. Les aires grisées, délimitées par le pointillé gras (avec la mention 20°), correspond à la région à exclure, définie dans [1], pour obtenir des résultats goniopolarimétriques avec une bonne précision, dans le cas d'une source ponctuelle. Cette figure a été construite à partir d'un ensemble de 524576 mesures simulées. |
[3] S/Waves du LESIA
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Contact : B. Cecconi |
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