Dans la magnétosphère de Saturne les ceintures de radiation de protons de haute énergie (de l’ordre de quelques MeV) s’avèrent être isolées de la magnétosphère moyenne et externe, et la source de ces protons de haute énergie devraient être liée aux rayons cosmiques galactiques (GCR). Pour valider cette hypothèse il est d'abord nécessaire de déterminer le flux de GCR accédant à Saturne de manière réaliste. Auparavant, seulement des tentatives théoriques ont été effectuées afin de vérifier cette idée. Dans cette thèse, pour la première est développée une solution numérique pour la détermination de l'accès des GCR à l'atmosphère et aux anneaux de Saturne. La méthode proposée est basée sur le traçage de particules chargées et le code a été développé spécifiquement pour la magnétosphère de Saturne. Lors de la validation de la méthode les observations de Cassini MIMI / LEMMS acquises pendant les survols de Rhéa et de Dioné ont été modélisées à l'aide du traceur et les résultats obtenus ont été comparés aux observations. Il a été découvert que le « draping » des lignes de champ magnétique autour de ces satellites de glace, même si il produit des perturbations locales de seulement quelques pour cent du champ magnétique ambient, peut produire des changements mesurables dans la distribution spatiale et l'énergie des flux des ions énergétiques mesurés par MIMI / LEMMS. Ces résultats sont importants pour l'interprétation correcte des données MIMI / LEMMS, et offrent des fonctionnalités pour l’étalonnage croisé précis en vol des instruments. Après cette validation du traceur de particules il a été appliqué pour l'arrière- traçage des GCR accédant à Saturne. L'énergie d'accès des GCR a été obtenue, les spectres des GCR ont été reconstruits et le flux intégré de GCR autour de Saturne et de ses anneaux a été calculé. Les résultats obtenus sont essentiels pour la compréhension de la formation des ceintures de radiation de protons, ainsi que pour la future investigation du processus CRAND sur Saturne, pour l'évaluation de l'intensité de la ceinture de radiation intérieure et pour d'autres projets, discutés dans cette thèse. |
The MeV proton radiation belts of Saturn are isolated from the middle and outer magnetosphere, and the source of these high energy protons should be related to the Galactic Cosmic Rays (GCRs). To validate this hypothesis first of all it is necessary to determine the realistic flux of GCRs to Saturn. Previously only theoretical attempts were performed in order to verify this idea. In this thesis for the first time I provide the numerical solution for the determination of the GCR access to the upper atmosphere and rings of Saturn. The proposed method is based on the charged particle tracing technique and the code was developed specifically for the magnetosphere of Saturn. During the validation of the method, the Cassini MIMI/LEMMS observations during Rhea and Dione flybys were modeled, using the tracer, and the obtained results were compared to the observations. It was discovered that the wrapping of the magnetic field lines, even if it causes local perturbations only about a few percent of the background magnetic field, can produce measurable changes in the spatial and energy distribution of fluxes measured by MIMI/LEMMS. These results are important for the correct interpretation of the MIMI/LEMMS data, and offer capabilities for a precise in-flight instruments’ cross-calibration. After this validation the verified particle tracer was applied for backwards-tracing of the GCRs. The GCRs access energy was obtained, the GCRs spectra were reconstructed and the integrated flux of GCRs to Saturn and its rings were calculated. The obtained results are essential for understanding the MeV proton radiation belts of Saturn and for the future investigation of the CRAND process on Saturn, in order to evaluate the innermost radiation belt intensity but also for several other projects, discussed in this thesis. |