Exploration
de l'Environement Spatial Terrestre

La magnétopause

Les deux champs restent ainsi séparés. Le vent solaire repousse quelque peu le champ terrestre, mais finalement, il est obligé de le contourner, laissant les lignes de champ terrestre enfermées dans une cavité en forme d'obus qui, du coté nocturne, forme un long cylindre ressemblant à la queue d'une comète. La surface de séparation entre les lignes de champ interplanétaire et celles de la terre s'appelle la magnétopause.

Ce manque de connexion isole les deux régions l'une de l'autre et rend difficile le passage des particules et de l'énergie du vent solaire vers la magnétosphère. La figure ci-dessus montre un point faible évident : les points de rebroussement polaires. Ce sont les points de la magnétopause qui séparent les lignes de champs fermées (celles face au soleil), des lignes qui s'engouffrent dans la queue. Aux points de rebroussement, les lignes de champs semblent se croiser : cela implique que la force magnétique soit dirigée dans plus d'une direction. Or ceci est impossible à moins que l'intensité du champ magnétique en ces points chute à zéro : 'il n'y a pas de champ en ces points. De tels points neutres sont les points faibles de la magnétopause. Les satellites qui ont sondé leur proximité ont trouvé des champs faibles désordonnés plutôt que des points neutres bien définis. Ils ont aussi trouvé un "canal" de plasma de vent solaire, pénetrant le long des lignes de champ jusqu'au bout vers la terre.

Les points de rebroussement sont des liens relativement mineurs entre le vent solaire et la magnétosphère; une connexion bien plus significative a été proposée par James Dungey en 1961. Dungey a noté que les lignes de champ terrestre près du "nez" pointaient en direction du Nord, et il suggéra que lorsque le champ magnétique interplanétaire (CMI) pointait vers le Sud ou avait une composante vers le Sud (laquelle devient bien plus grande lorsque les lignes appuient davantage contre les frontières), les deux champs opposés pouvaient s'annuler et créer un point neutre entre eux, comme dans le dessin ci-dessous, avec le point probablement étendu dans la ligne neutre, perpendiculaire au dessin (la ligne neutre est une ligne le long de laquelle l'intensité du champ magnétique est nulle). .

Illustration du raccordement de Dungey

Les lois par lesquelles les ions et les électrons sont attachés aux lignes de champ magnétique ne s'appliquent pas au points ou aux lignes neutres (là où le champ diminue jusqu'à zéro). Si le plasma s'écoule à travers la ligne neutre, un processus appelé raccordement magnétique (ou mélange magnétique) se produit. Les lignes de champ interplanétaires entrent d'un coté, les lignes de champ terrestres de l'autre, chacunes se séparent en deux parties et les moitiés se réattachent de telles façon qu'au Nord, se forme une ligne "ouverte" , mi interplannétaire mi terrestre (voir dessin ci-dessous), de même pour le coté Sud.

dessin de deux lignes, avant, pendant et après le raccordement

Dungey suggéra aussi que les raccordements étaient temporaires et qu'après que des particules suivant une paire de lignes ouvertes se soient déplacées vers l'aval de l'écoulement, le processus était renversé sur une autre ligne neutre, quelque part loin dans la queue.

Puisque les lignes ouvertes s'étendent du soleil vers la terre, elles peuvent effectivement transmettre le plasma et l'énergie de l'un vers l'autre. Les preuves de cela survinrent en 1966, quand on trouva que les orages magnétiques tendaient à s'accoître lorsque le champ magnétique interplanétaire (CMI) avait une composante dirigée vers le Sud.

En savoir plus sur le magnétopause et le raccordement

Processus dans la Magnétopause

Vue en perspective des régions de la magnétosphère

En raison de la grande vitesse du vent solaire, une onde de choc se forme à environ 3 ou 4 RT à l'extérieur du nez, analogue à l'onde de choc présente à l'avant d'un avion supersonique. Le vent solaire juste derrière le front de l'onde de choc (une région appelée la magnétogaine) est plus lent, plus dense et plus chaud, mais à mesure qu'il s'écoule vers l'aval, il reprend graduellement ses propriétés normales.

Les satellites qui croisent la magnétopause dans le vent solaire observent souvent une transition brutale, comme Explorer 12 le détecta lorsqu'il découvrit en 1961 cette frontière. Le champ magnétique devient plus faible et sa direction peut être décalée brutalement, tandis que le plasma devient plus dense et s'éloigne rapidement du soleil en suivant la frontière. Parfois, on rencontre une couche limite entre les deux régions. la couche limite est une région de transition à travers laquelle les propriétés du champ et du plasma changent graduellement.

La magnétosphère interne contient des ceintures de radiations et le courant annulaire dont on a dejà discuté. Elle s'étend approximativement jusqu'à l'orbite géostationnaire, parfois plus loin, et comparée aux autre régions, elle est plutôt stable.

La queue géomagnétique

La caractéristique la plus importante de la queue est d'avoir deux faisceaux de lignes de champ orientées dans deux directions opposées. Pratiquement parallèles, elles partent de la terre et s'étendent sur de très grandes distances. Les lignes de champs du lobe de la queue au Nord se connectent au voisinage du pôle Nord magnétique et les lignes sont dirigées vers la terre, tandis que celles du lobe Sud sont connectées près du pôle Sud et sont dirigées vers l'espace. Entre les deux lobes, prise en sandwiche et plus dense se trouve la couche de plasma.

Pour produire des déformations du champ magnétique terrestre coté "nuit", des courants électriques supplémentaires sont nécessaires . Il se trouve que ces courants -- les plus gros d'entre eux-- s'écoulent à travers la largeur de la couche de plasma, d'un bord à l'autre (voir dessin précédent). Lorsque le courant atteint la magnétopause, il se divise en deux parties qui se ferment autour des lobes, sur le dessus et sous le dessous de la queue.

La couche de plasma est la partie la plus dynamique de la magnétosphère. Si l'on trace ses lignes de champ revenant vers la terre, on trouve qu'elles arrivent dans l'"anneau de feu" autour du pôle. C'est l'"oval auroral" qui brille grâce aux aurores. En conséquence, la croyance répandue que les aurores proviennent de la couche de plasma, bienque quelques unes pourraient être liées directement au vent solaire.

James Dungey proposa en 1961 que les lignes de champ terrestre pouvaient être liées au champ magnétique interplanétaire (CMI), produisant des lignes ouvertes (champ avec un bout connecté à la terre et l'autre conncté au CMI), qui sont alors portées vers la queue par le vent solaire. Il suggéra aussi, que ces lignes et le plasma qui leur est attaché (au moins dans leur partie proche de la terre) retournent tôt ou tard vers leur position de départ, créant un cycle fermé. D'après lui, les lignes Nord et Sud se reconnectent à nouveau, quelquepart loin dans la queue, et le plasma sur les lignes terrestres reconstituées retournerait alors à l'intérieur de la couche de plasma.

Un tel processus conduirait à prédire que les satellites observant la couche de plasma détecteraient toujours des particules s'écoulant vers la terre. L'écoulement vers la terre est en effet observé, mais le schéma n'est pas si simple, car l'écoulement est plutôt irrégulier et semble apparaître principalement dans les sous orages décrits dans la rubrique suivante.

En savoir plus sur la structure

En savoir plus sur la queue magnétique de la terre

La surveillance du vent solaire

Le satellite IMP 8 (Interplanetary Monitoring Platform 8) a planché sur le sujet pendant plus de 20 ans, balayant la terre dans un grand cercle, avec un rayon d'environ 35 RT. Il continue à fournir des informations importantes sur le vent, sur l'onde de choc, et même sur la queue qui est traversée par l'orbite du satellite.

Cependant, pour envoyer au plus tôt une alerte concernant le vent solaire, la meilleure place se trouve entre le soleil et la terre. Par chance, la force d'attraction gravitionnelle entre les deux corps permet à un engin spatial de maintenir une position fixe entre eux au "point de Lagrange" L1 localisé en amont de la terre à 236 RT, soit environ 4 fois la distance de la lune. Un engin au point L1 intercepte le vent solaire approximativement une heure avant la terre et ainsi peut nous alerter une heure à l'avance sur des changements imminents.

En 1978 l'engin spatial ISEE-3 (International Sun-Earth Explorer 3) fut lancé au voisinage de L1, d'où il surveilla le vent solaire pendant plusieurs années, après quoi, il fut affecté à l'exploration de la queue lointaine, et fut plus tad encore envoyé à la rencontre d'une comète. Actuellement (1997) l'engin SOHO (Solar ... Observatory) est sur une telle orbite et observe le vent solaire avant qu'il n'atteigne la terre, et l'engin Ace (Advanced Composition Explorer) doit le rejoindre. L'engin "Wind" , programmé à l'origine pour une telle orbite observe toujours le vent solaire à partir de son orbite de transfert très alongée. Puisqu'il a ses propres moyens de propulsion et une grande reserve de combustible, il pourrait être detourné.

Connexion sur la page d'accueil du projet IMP-8

En savoir plus sur les points de Lagrange

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