Determination of the tridimensional structures of the solar corona using data from the SoHO and STEREO missions
Détermination de la structure tridimensionnelle de la couronne solaire à partir d'images des missions spatiales SoHO et STEREO
Résumé
The influences of the Sun on Earth is the source of new developments in astrophysics regrouped under the name of space weather. The solar wind takes an important part in these interactions, especially the fast solar wind which comes from the solar poles. Thus, we underdstand the importance of the study of the Sun polar regions. In this thesis, we will analyse the plumes located at the poles which may be the source of the fast solar wind. The method we will use could be used to study the Coronal Mass Ejections too. We will use the data acquired by the space missions SoHO and STEREO. Those missions give away measurments of the solar light emission in the extreme ultraviolet (EUV) and coronographic data in visible light. For volumic reconstructions of the corona it is important that the two STEREO spacecraft have almost identical instruments. And they are very similar to the SoHO spacecraft. Thus, we have three simultaneous viewpoints. We developed a method which can at the same time perform a threedimensional reconstruction of the emission and estimate the temporal evolution of plumes while making use of the simultaneous viewpoints. This is possible thanks to the development of a model of evolution of the polar plumes. In this model, we assume that the plumes do not move but have a varying intensity. By first defining the positions of the plumes, we obtain a bilinear problem with a static emission set and a temporal set of unknowns. We applied this method to simulated data and to EUV data as measured by SoHO and STEREO. The simulations showed us the importance to take into account all the geometric parameters of the space missions. We developed a projector backprojector code which takes into account all these parameters. Thanks to a study on simulations we defined the parameters which minimize the artifacts of reconstruction. Finally, thanks to the three bandwidth of EUV data, we can perform a spectral study of the reconstruction, avoiding the line of sight integration. Using a model that link the plasma parameters and the spectral variation of the emission we can estimate the density and the electronic temperature for each voxel of the three-dimensional maps of the corona. To conclude, the future availabilty of data from the SDO mission will allow us to improve the spectral reconstructions thanks to the presence of eight bandwidth in the EUV. We will investigate future developments in the automatic estimation of the temporal evolution areas and in the reconstruction of CME.
Les influences du Soleil sur la Terre sont l'objet de récents développements en astrophysique regroupés sous le terme de météorologie de l'espace. Le vent solaire est une composante importante des interactions entre le Soleil et la Terre, et notamment le vent rapide issu des pôles. Puisqu'il est issu des régions polaires de la couronne, on comprend l'importance d'étudier ces régions. Dans cette thèse, on s'intéressera particulièrement à l'étude de ces régions polaires où se situent les plumes soupçonnées d'être à l'origine du vent solaire rapide. Les méthodes ainsi mises en oeuvre s'appliquent d'ailleurs tout aussi bien aux Éjections de Masse Coronale (CME). Pour ce faire, nous utilisons les données récoltées par les missions spatiales SoHO et STEREO. Ces missions fournissent des mesures de l'émission lumineuse du Soleil dans l'extrême ultra-violet (EUV) et des données coronographiques dans le visible. Il est important pour les reconstructions volumiques de la couronne de noter la présence de deux satellites identiques pour STEREO, semblables à SoHO. Ce qui nous permet d'avoir trois points de vue simultanés. Nous avons développé une méthode permettant à la fois de reconstruire l'émission de la couronne en trois dimensions mais également de prendre en compte l'évolution temporelle des plumes et de l'estimer, tout en tirant parti de la simultanéité des mesures selon différents points de vue. Cette avancée a été possible grâce au développement d'un modèle d'évolution des plumes polaires. Dans ce modèle, on suppose les plumes immobiles mais variant en intensité. En définissant par avance la localisation des plumes, on aboutit à un problème bilinéaire selon une composante statique et une composante temporelle. L'outil ainsi développé a été appliqué aux données EUV mesurées par SoHO et par STEREO ainsi que sur simulations. Les simulations ont révélé l'importance de prendre en compte les différents paramètres géométriques de ces missions spatiales. Le développement d'un code de projection et de rétroprojection adapté (et adaptable) ainsi qu'une étude minutieuse nous ont permis de définir les paramètres minimisant les artefacts géométriques de reconstruction. Enfin, la disponibilité de trois canaux de longueurs d'onde pour ces données EUV nous a permis d'effectuer une analyse spectrale des reconstructions en s'affranchissant de l'intégration sur la ligne de visée. En utilisant un modèle liant la répartition spectrale d'émission lumineuse et les paramètres du plasma tels que la densité et la température électronique, nous avons pu estimer ces deux grandeurs physiques pour chaque voxel des cartes tridimensionnelles de la couronne. En conclusion, la disponibilité prochaine de données de la mission SDO nous permettra d'affiner cette étude grâce à 8 canaux de longueurs d'onde EUV. Des développements dans l'estimation automatique des zones d'évolution temporelle et dans la reconstruction de CME sont également envisagés.