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#23.     La Queue de la Magnetosphère


  (Dossiers en rouge : historique)

           Index

19. Magnétopause

    19H.Chapman, 1930

20.Structure Globale

21. Points de Lagrange

22. "Wind" s/c

23. La Queue

24. Sous-Orages

25. Aurores

25H. Courants de Birkeland

25a. Triad

25b. Io, la Dynamo

25c. La longe spatiale

26. Calottes Polaires

  26H. Birkeland, 1895

27. Aurores observées de l'espace

28. Origine des Aurores

   Vent solaire près de la terre    6 ions /centimètre - cube
   Magnétosphère externe coté jour    1 ion / centimètre - cube
   "Feuillet de plasma" séparant les lobes de la queue    0.3 -- 0.5 /centimètre - cube
   Lobes de la queue    0.01 centimètre - cube

    Cette densité extrêmement faible suggère que les lignes de champ du lobe rejoignent finalement le vent solaire, quelque part loin en aval de la terre. Les ions et les électrons alors peuvent facilement s'écouler au loin le long des lignes de champ des lobes, jusqu'à ce qu'ils soient balayés par le vent solaire; Très, très peu d'ions du vent solaire peuvent s'opposer à l'écoulement général du vent et se diriger en amont, vers la terre. Avec une circulation aussi unidirectionnelle, assez peu de plasma est retenu dans les lobes.

Le "Feuillet de Plasma"

    La séparation des deux lobes de queue est nommée "feuillet plasmatique". C'est une couche d'un champ magnétique plus faible et d'un plasma plus dense , centrée sur l'équateur et généralement épaisse de 2-6 rayons de la terre. À la différence des lignes de champ des lobes de queue, celles du feuillet de plasma croisent l'équateur, bien qu'elles soient tout à fait étirées dehors. Que le champ magnétique soit faible signifie que le plasma est ici moins retenu que plus près de la terre, et qu'occasionnellement il se répand ou "éclabousse" autour.

    Nous avons déjà rencontré deux systèmes de courant électrique dans la magnétosphère -- le courant d'anneau porté par le plasma captif, et le courant de la magnétopause renfermant la magnétosphère à l'intérieur d'une cavité crée dans le vent solaire qui circule à sa surface. Un troisième système est lecourant de croisement de queue de l'un à l'autre coté du feuillet de plasma, de l'aube au crépuscule (schéma ci-dessous).

    Il est facile de voir que la queue doit contenir des courants additionnels, pour l'extension au loin des lobes de queue aboutissant à ajouter un champ magnétique à la magnétosphère. Dans l'espace, il faut un courant électrique pour produire un champ magnétique, et le courant de croisement de queue peut être considéré comme la source des lobes de queue. Tout comme un courant électrique régulier, il doit aussi entrer dans un circuit fermé , ce qui est le cas avec les deux branches qui suivent la magnétopause, chacune en périphérie de la queue.

Aurore Diffuse

    En raison de la faiblesse du champ, les ions et électrons sont constamment agités dans le feuillet de plasma, ce qui les fait s'éloigner continuellement des extrémités de leurs lignes de champ magnétique-- surtout les électrons -. S'ils sont proches de la terre, ils rebondissent pour la plupart sous l'effet de la convergence des lignes magnétiques (voir section sur les particules captives), mais quelques uns atteignent l'atmosphère et s'y perdent, entraînant le processus de l' aurore diffuse. L'il ne peut habituellement pas voir ce minime écart de luminosité, mais les appareils-photo des satellites en sont tout à fait capables, montrant un "anneau du feu" entourant les calottes polaires de la terre à toute heure, comme sur la reproduction ci-dessus.

    L'aurore diffuse, découverte en 1972par le vaisseau spatial canadien ISIS 2, s'étend et se contracte avec l'expansion ou la rétraction des lobes de la queue, selon les variations du vent solaire et de son champ magnétique. On l'a beaucoup observé par (entre d'autres) la mission américaine Dynamics Explorer (1981-7), plus récemment par les satellites suédois Viking (1986) et Freja (1992), et actuellement par l'observatoire d'ISTP sur "Polar".

Convection du Plasma

    S'il y a une fuite continuelle de plasma de queue hors du feuillet de plasma, de nouveaux ions et électrons doivent le remplacer, sinon le feuillet de plasma serait bientôt vide et le champ étendu de la queue s'effondrerait rapidement. Comment le nouveau plasma est-il fourni ?

    James Dungey suggéra une réponse par la théorie de la reconnexion. Rappelez-vous (section sur magnétopause) que dans un plasma idéal, les ions et les électrons répartis sur une ligne de champ se mobilisent et restent constamment solidaires ("comme des perles sur un fil"). Dungey a mis en évidence une exception à cette règle : si du plasma traverse "un point neutre" ou "une ligne neutre", là où la force magnétique est nulle, les plasmas de part et d'autre de ce point peuvent se scinder et se "reconnecter" aux différentes lignes de champ.

   Dungey supputa l'existence d'un tel point neutre juste devant la magnétopause (noté N sur le schéma) et proposa que les lignes interplanétaires du champ (avec le plasma les chevauchant) se joignent à ce point aux lignes terrestres, formant des lignes composées comme celle à la droite de "3" dans le schéma.

    Cette ligne contient une incurvation fermée : la majeure partie du plasma au-delà de cette courbe est interplanétaire, alors qu'en deçà, proche de la terre, elle est avant tout terrestre. Cependant, les deux plasmas sont mobilisés ensemble, continuent à se partager la même ligne, et s'entremêlent lentement.

    Un moment plus tard, cette ligne se déplacerait en position "4", puis en position "5", et après encore, peut-être une demi-heure plus tard, le procédé de reconnexion se renverserait quelque part en aval de la terre, à un point ou une ligne neutre près de "6". Les éléments interplanétaires se rejoignent alors puis s'éloignent, tandis que les moitiés terrestres sont aussi réunies.

Si on néglige les débordements des points - frontière comme à la fermeture du coude de la ligne "3" (et en survolant des points importants actuellement non complètement compris de la physique des plasmas), on comprend que ce processus transporterait le plasma proche du midi, à l'origine du coté terre de la courbe de la ligne "3", vers l'extrémité de la queue. Dungey proposa que le plasma soit renvoyé vers la terre, par le feuillet de plasma.

    Ceci créerait une circulation régulière de plasma dans la magnétosphère et apporterait également de nouveaux ions et électrons dans le feuillet de plasma, au voisinage de "6". Ce processus est souvent nommé "convection", la dénomination utilisée dans l'étude des courants d'origine thermique, par exemple l'écoulement de l'eau dans une casserole (dessin).

En ce point on devrait de nouveau observer les propriétés de la ligne de partage.

    Si toutes les particules se mobilisent ensemble sur une ligne de champ, comme le plasma de la queue retournant vers la terre, les particules sur les mêmes lignes de champ mais juste au-dessus de l'atmosphère doivent aussi les suivre. Des courants de plasma observés dans cette région, conformément à la prévision de Dungey, ont de fait été observés par les antennes des sondes et par des instruments de "mesure des courants" embarqués à bord de satellites proches de la Terre, dans des orbites croisant les régions polaires à basse altitude. On a également mesuré le champ électrique qui leur est associé. La plupart des scientifiques approuvent maintenant la notion du plasma de circulation, pour ces raisons.

    Cependant, l'écoulement vers la terre a été plus difficile à confirmer , dans la queue elle-même et semble plutôt irrégulier, en provenance d'accès et d'éclats, particulièrement pendant les sous-orages magnétiques. Il est difficile de repérer exactement le point neutre "6" proches en n'utilisant que des satellites isolés, et d'autres processus de plasma peuvent également jouer un rôle en supprimant les liens provisoires entre les lignes du champ terrestre (avec leur plasma) et l'espace interplanétaire. Les observations de "Geotail" suggèrent que cette séparation est à environ 70-100 RE du côté de nuit


Mis à jour le 25 Novembre 2001
Re-formaté le 3-13-2006       Traduction Française 13 Décembre 2006