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#32.     Les Magnétosphères autres que la nôtre


  (Dossiers en rouge : Historique)

           Index

26H. Birkeland, 1895

27. Aurores vues de l'Espace

28. Origine des Aurores

28a. Plus et moins

29. Orbites Polaires Basses

30. Orages Magnétiques

30.Une Aurore à Chicago

31. Météo de l'Espace

32. Magnetisme des Planètes

33. Rayons Cosmiques

34. Particules énergiques

35. Particules Solaires Rapides
        Le champ magnétique de la terre provient probablement de son noyau, dont on pense qu'il contient du fer à l'état liquide, par un effet "dynamo fluide". C'est un cas bien spécial et quand dans les années 50 à 60 les scientifiques ont étudié cette dynamo terrestre, ils s'étonnaient que le magnétisme de la planète terre soit unique.

        Nous savons maintenant plus : les sondes spatiales ont détecté des champs magnétiques pour Jupiter, Saturn, Uranus et Neptune, et un très faible pour Mercure. La lune présente des zones de roches magnétisées et pourrait avoir eu son champ magnétique lorsque ces roches se sont formées, il y a bien longtemps. Venus semble non magnétique. Pour Mars le mystère a été élucidé en septembre 1997, lorsque Mars Global Surveyor y a trouvé des zones magnétiques, comme pour la lune mais plusieurs fois plus intenses.

        L'origine des autres champs planétaires semble très différentes de celui de la terre et on ne peut que conjecturer à leurs sujet. Par exemple, le magnétisme de Jupiter et de Saturne peut-il trouver sa source dans les noyaux d'hydrogène métallique, une forme rendue possible par les énormes pressions de leurs centres ? Et comme Uranus et Neptune n'ont pas une pression suffisante pour que l'hydrogène passe à l'état métallique -- leurs courants internes sont-ils portés par des ions dissous dans de la glace d'eau ou de méthane?

      Jupiter
    version plus grande)


    La magnétisation de mercure, de Mars et de la lune doit être d'origine différente (voir "Mercury: the Forgotten Planet" de R.M.Nelson, Scientific American, November 1997, p. 56). En particulier, ils peuvent contenir des roches en permanence magnétiques grâce à des laves qui se sont étendues il y a très longtemps, quand les roches-mères étaient elles aussi magnétisées, ce qui n'est maintenant plus le cas (ce processus se produit aussi sur terre). Tout ceci est spéculatif: nous ne savons pas encore vraiment. Le vaisseau spatial "Messenger", actuellement en route, doit atteindre Mercure en 2008 et se mettre en orbite autour de lui en 2011.

    Pour le reste du système solaire : Venus ne semble pas être magnétisée, et le vent solaire l'atteint constamment vers une "ionopause" au-dessus de l'atmosphère dense. En septembre 1997 "Mars Global Surveyor" a découvert que Mars était faiblement magnétisé -- uniquement à certaines localisations, quoique pour certaines relativement fort. Mercure, petit, a reçu trois fois la visite de Mariner 10 en 1974-5,et est également magnétisé, bien que sa magnétosphère soit si petite que la capture à long terme ne s'y produise pas probablement pas. Mariner 10 a observé du nuit ce qui a semblé être un brusque événement d'accélération, peut-être analogue à un sous-orage. Le vaisseau spatial "Messenger", actuellement sur le trajet, doit atteindre Mercure en 2008 et orbiter autour vers 2011.

Jupiter

    Jupiter est la plus grande planète du système solaire et possede le champ magnétique le plus puissant, et aussi la plus grande ceinture de rayonnement ; des radio-émissions de sa ceinture ont été détectées pour la première fois par les radio-astronomes en 1955. La magnétosphère de Jupiter a été explorée par les sondes Pionnier 10 et 11, Voyager 1 et 2, et Ulysses, et la sonde spatiale Galileo tourne autour depuis 1995.
    La ceinture du rayonnement de Jupiter est intense, et un seul passage de Pioneer 10 en 1973 dans sa partie la plus dense a suffit à l'endommager, heureusement sans gravité.

Echelles Différentes

    Les magnétosphères des planètes géantes diffèrent de celle de la terre au moins sur quatre points. D'abord, elles sont beaucoup plus fortes, non seulement parce que les "aimants" planétaires sont plus forts mais aussi parce que le vent solaire s'affaiblit en s'éloignant du soleil et se dilue. Ces deux facteurs font que le vent solaire est arrêté plus loin de la planète que pour la terre.

    La vitesse du vent solaire demeure cependant identique, environ 400 km/sec. Par conséquent, il faut au vent un temps beaucoup plus long pour parcourir la magnétosphère dans sa longueur.

    Avec la magnétosphère de la terre, il faut au vent solaire environ une heure depuis le "nez" jusqu'aux régions extrêmes de la queue où ISEE-3 et Geotail l'ont exploré, à environ 200 RE. En une heure la terre tourne d'un angle assez faible, 15 degrés, et quand les lignes de champ "ouvertes" des lobes se relient au vent solaire, elles peuvent se tordre d'environ 15 degrés.

    En admettant les mêmes proportions pour la magnétosphère de Jupiter, le vent solaire mettrait t 2 ou 3 jours pour couvrir la distance équivalente (soit environ la moitié de la distance Terre-Soleil!) et pendant ce temps la planète tournerait 5-7 fois autour de son axe. On pourrait donc s'attendre à ce que les lobes de la queue de Jupiter (et aussi de Saturne) soient sévèrement tordus, et la sonde Galileo doit vérifier ce point à la première occasion. Toutes autres sondes envoyées vers Jupiter s'en sont servi comme pivot pour gagner de la vitesse supplémentaire, la façon dont "Wind" a utilisé la lune, et les orbites exigées pour cette manúuvre les ont placés hors des lobes.

Satellites

    Autre différence, toutes ces planètes possèdent des satellites et des anneaux dans leurs ceintures de rayonnement (toutes les quatre ont des anneaux, mais l'anneau de Saturne est le seul assez important pour être facilement vu de la terre). Ceux-ci absorbent quelques uns des ions et des électrons captifs et produisent des dépressions dans les profils des ceintures.

    Mais ce n'est pas tout: Saturne semble présenter comme la terre une ceinture interne , dont les calculs révèlent qu'elle provient des neutrons des rayons cosmiques éjectés des anneaux de la planète. La magnétosphère de Jupiter est fortement chargée d'ions de soufre, provenant vraisemblablement des volcans de soufre du satellite Io. Ce qui pourrait être aussi la source du nuage de sodium entourant la planète, étudiée par les télescopes depuis la terre.
  Jupiter   auroras
  ( Plus grande version)

Rotation

Le rôle que joue la rotation planétaire est une troisième différence. La terre est fondamentalement entourée d'un nuage de plasma, dans la continuité de l'ionosphère - qui s'étends sur environ 5 rayons de la terre (cette distance varie) en rotation avec la terre.

    Les planètes Jupiter et Saturne, qui ont de plus vastes magnétosphères, tournent rapidement (périodes d'environ 10 heures), et l'enregistrement des données des sondes d'espace montra que le plasma qui les entoure suit cette rotation avec plus d'amplitude que pour la terre, peut-être jusqu'au "nez" lui-même. Dès lors, d'où vient leurs intenses ceintures de rayonnement ? Il est possible que de très puissants orages magnétiques surmontent la rotation et pénètrent profondément dans la magnétosphère, ou le processus est différent de ce qui se passe près de la terre. Galileo pourrait aussi le dire.

Inclinaison

    Enfin, il y a des différences d'inclinaison de l'axe magnétique. Pour la Terre , l'axe magnétique est incliné de 11.2° (degrés) par rapport à l'axe de rotation, lui-même incliné de 23.5° par rapport à la perpendiculaire au plan de l'orbite terrestre; ce plan étant aussi celui de l'arrivée du vent solaire. L'axe magnétique de la terre est donc en principe presque perpendiculaire au vent solaire, avec l'un de ses deux pôles incliné périodiquement vers le soleil d'un angle de près de 35° (11.2° + 23.5°). La magnétosphère est donc généralement observée comme perpendiculaire au vent solaire, ainsi que pour la plupart des images de ces dossiers.

    Par rapport à son axe de rotation l'axe magnétique de Jupiter est à peu près incliné comme celui de la terre. Son axe magnétique nord-sud est opposé à celui de la terre -- mais il faut noter que l'orientation du magnétisme fossile dans les roches du fond marin, montrent que la polarité de la terre s'est renversé souvent dans le lointain passé. L'axe magnétique de Saturne ne semble pas exactement aligné avec son axe de rotation, dans la limite des erreurs des observations, et cela posait problème à quelques théoriciens parcequ'en 1931 Thomas Cowling posait en théorème que le champ d'une dynamo planétaire ne peut pas être symétrique par rapport à son axe. Mais puisque les champs magnétiques des irrégularités disparaissent rapidement avec la distance, il se peut que des observations plus précises trouvent une asymétrie.

  Une magnétosphère "frontale"
    La véritable surprise vint avec Uranus, dont l'axe de rotation est presque parallèle à son plan orbital. En 1986, lors du fly-by de Voyager 2, cet axe se dirigeait presque exactement vers le soleil. Fort de leur expérience avec la terre, Jupiter et Saturne, les scientifiques s'attendaient à ce que l'axe magnétique d'Uranus soit proche de son axe de rotation, et se dirige aussi plus ou moins vers le soleil. Ils pensaient donc à une magnétosphère complètement différente, une magnétosphère "frontale" qui ne rencontre pas le vent solaire pas au niveau d'un nez "dur" composé de lignes de champ magnétique bien agencées (comme pour la terre), mais dans une région de transition "floue" (image à droit). La terre n'atteint jamais cette position.

    Mais il n'en était pas ainsi : Comme l'a montré Voyager 2, l'axe magnétique d'Uranus est très incliné par rapport à son axe de rotation, presque de 60°, et il tourne donc autour d'un axe susceptible de s'inverser. La direction de l'axe magnétique dans l'espace change donc constamment et rapidement, mais n'est jamais orientée vers le soleil bien que ce serait brièvement possible à d'autres points de l'orbite de la planète. Neptune est quelque peu semblable, avec un axe magnétique incliné de 47° par rapport à son axe de rotation.

    Ceci suggère que la genèse de la magnétosphère terrestre n'est pas unique et que d'autres variétés de magnétosphères sont aussi possibles, dont certaines peuvent exister dans notre système solaire. Non seulement notre magnétosphère offre un laboratoire naturel pour l'étude des plasmas cosmiques, mais d'autres plasmas pourront aussi être étudiés (certes pas facilement),par des générations futures. Nous avons de la chance !

En savoir plus :

Section on planetary magnetic fields , vue d'ensemble historique du magnétisme de la terre, "le grand aimant, la terre."
Questions des Lecteurs (anglaise):
            ***     Les effets magnétiques des autres planètes

Etapes suivante: #33.  Rayons Cosmiques

Mise à jour :25 Novembre 2001
Re-formaté le 3-13-2006       Traduction Française 12 Décembre 2006