Étudier les irrégularités ionosphériques avec NavIC

L'ionosphère est une couche de l'atmosphère terrestre qui contient plein de particules chargées. Cette couche joue un rôle clé dans la manière dont les ondes radio voyagent et peut influencer les systèmes de communication et de navigation. On trouve souvent des irrégularités dans l'ionosphère, surtout près de l'Anomalie d'Ionisation Équatoriale (AIE), qui est une zone près de l'équateur magnétique où l'ionosphère est particulièrement active.

Dans cette étude, on a regardé le comportement de l'ionosphère en utilisant un système appelé Navigation avec la Constellation Indienne (NavIC). Notre but principal était de comprendre les irrégularités qui se produisent dans cette région sur une longue période. Ces irrégularités peuvent affecter les signaux radio et provoquer des fluctuations, connues sous le nom de Scintillations.

On caractérise ces irrégularités en mesurant la puissance des signaux reçus des satellites NavIC à différentes fréquences. On a utilisé des données recueillies sur une seule journée (le 4 décembre 2017) pour montrer que NavIC pouvait détecter ces irrégularités. C'était la première fois qu'une telle étude était faite dans cette zone avec NavIC, et nos résultats sont prometteurs pour l'avenir.

#C'est quoi les Bulles de Plasma Équatoriales ?

Les Bulles de Plasma Équatoriales (BPE) se réfèrent à des perturbations spécifiques qui se produisent dans l'ionosphère après le coucher de soleil. Elles entraînent des irrégularités et des baisses à grande échelle du nombre d'électrons présents dans cette zone. Quand les ondes radio passent à travers ces irrégularités, elles peuvent se disperser et se diffracter, ce qui provoque des changements aléatoires dans la force, la phase et la direction des signaux radio. Cette situation est souvent observée dans la couche F de l'ionosphère, où la densité de plasma est la plus élevée. La principale raison pour laquelle ces bulles de plasma se forment est liée à une instabilité spécifique connue sous le nom d'instabilité Rayleigh-Taylor.

#Quand se produisent les Scintillations ?

Les scintillations sont plus susceptibles de se produire quand l'activité solaire est élevée, surtout près de l'équateur magnétique entre le coucher du soleil et minuit. Ces fluctuations peuvent affecter la fiabilité des systèmes de navigation qui dépendent des signaux radio, ce qui rend vital d'en apprendre plus sur quand et pourquoi ces scintillations se produisent.

Depuis les années 1950, de nombreux chercheurs ont étudié la scintillation ionosphérique et développé des théories pour mieux la comprendre. Ils ont utilisé la théorie de la propagation des ondes et la diffraction de Fresnel pour analyser comment les ondes radio sont affectées en voyageant à travers l'ionosphère. Ces théories expliquent les fluctuations observées dans les signaux radio causées par les irrégularités de l'ionosphère.

#L'Importance de la Région Indienne

La partie nord de l'AIE et l'équateur géomagnétique, qui passe par le sud de l'Inde, causent des modèles d'ionisation uniques. Cette région devient particulièrement intéressante pour la recherche lors d'événements solaires comme les Éjections de Masse Coronale (EMC) et les éruptions solaires, qui peuvent avoir un impact significatif sur les niveaux d'ionisation.

Cependant, des évaluations récentes ont montré que les modèles actuels utilisés pour prédire le comportement ionosphérique ne fonctionnent pas bien dans cette région pendant les Perturbations géomagnétiques. Cela montre qu'il y a besoin de mieux comprendre l'ionosphère dans cette zone critique, ce que notre étude vise à aborder.

#Méthodologie

Dans notre étude, on a analysé des données en utilisant un récepteur NavIC qui est opérationnel depuis 2017. Ce récepteur est conçu pour capter le signal L5, ce qui nous permet d'examiner le comportement ionosphérique de plus près.

Le 4 décembre 2017, un courant de vent solaire à grande vitesse a interagi avec le champ magnétique de la Terre, entraînant une légère tempête géomagnétique. Pendant cette tempête, on a enregistré des variations dans la force du signal des satellites NavIC, notamment sous forme de chutes dans le rapport signal/bruit (C/N).

#Observations et Résultats

Tout au long de la journée du 4 décembre 2017, on a observé des fluctuations dans la force du signal. À certains moments, le signal a chuté de manière significative, indiquant la présence de scintillation. On a capturé cette chute et l'a analysée pour comprendre l'étendue des irrégularités dans l'ionosphère.

Pour mieux représenter ces fluctuations, on a également tracé les données en intervalles horaires. Les variations les plus marquantes se sont produites à des moments spécifiques de la journée, montrant que certaines heures étaient particulièrement affectées par les scintillations.

En analysant les données collectées, on a trouvé un schéma dans les fluctuations qui s'aligne avec des recherches précédentes sur les conditions de faibles scintillations. Les résultats suggèrent que NavIC peut détecter efficacement des irrégularités sur de longues périodes dans cette zone.

#La Nature de l'Ionosphère au-dessus de l'Inde

L'ionosphère au-dessus de l'Inde est dynamique et sensible aux changements dus à l'activité solaire. Nos résultats soulignent la nécessité de recherches continues dans ce domaine, car comprendre le comportement de l'ionosphère aidera à gérer les systèmes de communication et de navigation.

Des études précédentes ont proposé divers modèles pour comprendre la scintillation en fonction de différentes conditions. Cependant, notre travail représente une étape unique qui utilise les signaux NavIC pour étudier le comportement de diffusion dans cette zone.

#Directions Futures

Notre étude sert de preuve de concept, montrant qu'il est possible de détecter des irrégularités ionosphériques en utilisant les données NavIC. On prévoit de faire des analyses plus détaillées qui couvrent plusieurs jours et différentes conditions pour construire sur ces résultats initiaux.

En conclusion, le comportement de l'ionosphère impacte énormément les systèmes de communication et de navigation modernes. Grâce à des études comme celle-ci, on peut mieux prédire et gérer ces effets, assurant que la technologie fonctionne efficacement même pendant les perturbations solaires. Cette recherche ajoute non seulement à notre compréhension de l'ionosphère mais a aussi des implications pratiques pour améliorer la fiabilité des systèmes de navigation par satellite dans des régions spécifiques.