Cours GB1

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Cours GB1

• Dynamique de la magnétosphère,
• sous-orages, reconnexion

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I. Existence de la magnétosphère, gel, reconnexion
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Interaction vent solaire/ magnétosphère La
magnétosphère fermée l'image stationnaire
simplifiée
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Mais dynamique de la magnétosphère? Pénétration
du vent solaire
Pourquoi, où, quand, comment ?
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Interaction vent solaire/ magnétosphère
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Interaction vent solaire/ magnétosphère
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Interaction vent solaire/ magnétosphère
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Interaction vent solaire/ magnétosphère
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Interaction vent solaire/ magnétosphère
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Interaction vent solaire/ magnétosphère
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Interaction vent solaire/ magnétosphère
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Interaction vent solaire/ magnétosphère
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Reconnexion notion intuitive
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Reconnexion notion intuitive
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Reconnexion notion intuitive
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Reconnexion notion intuitive
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Reconnexion notion intuitive
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Reconnexion notion intuitive
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Reconnexion notion intuitive
20
Reconnexion notion intuitive
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Reconnexion notion intuitive
22
Reconnexion notion intuitive
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Géométries simples de reconnexion
Point ne X symétrique Petschek. dissymétrique
(magnétopause) Lévy
Petschek
Levy
Retournement sur 1 discontinuité rotationnelle au
lieu de 2 chocs lents
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II. Magnétosphère fermée, magnétosphère ouverte,
FTEs
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Magnétosphère ouverte
Coupe dans un plan méridien
Vue de face depuis le Soleil
Cowley, 1995, A beginners guide to the
magnetosphere
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Reconnexion non stationnaire flux transfer
events
événements de reconnexion localisés et
sporadiques
27
III. Conséquences de la pénétration sur la face
avant.Sous orages, aurores
28
Photographie Vincent Génot
29
Photographie Jan Curtis
30
http//users.rcn.com/cwhitney.ma.ultranet/solarsys
tem.htm
31
Navette spatiale (NASA)
32
Atmosphère ionisée (ionosphère)
Atmosphère neutre
Graphique K.Akasofu
33
Les couleurs des aurores (II)
Université dAlaska Fairbanks / GI
34
Aurores discrètes/ aurores diffuses
Lou Frank / Université de Iowa
35
Akasofu, Polar and magnetospheric substorms,1968
36
Sous-orage auroral (daprès Akasofu, 1964)
Côté Soleil

Côté nuit
Caméra UV du satellite POLAR
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Sous-orages magnétosphériques

• Reconfiguration rapide de la
• queue magnétique accompagnée par une accéleration
  et un chauffage des particules parallèlement et
  perpendiculairement au champ magnétique

• Conversion de lénergie
• magnétique en énergie cinétique
• accélération des particules
• et thermique
• chauffage

Région aurorale
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Sous-orages magnétosphériques(modèle standard ou
anciennement standard)
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Sous-orages "catastrophes"
Evolution grande échelle et lente ( MHD idéale)
jusqu'à un "breaking point" où une physique
différente prend place et casse la système sur un
temps très court. Apres cet événement
(reconnexion?),nouvelle évolution grande échelle
et lente ramenant à l'état initial ?
quasi-cycle ? image
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Interprétations théoriques des sous-orages 2
classes de modèles
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Deux classes de modèles
Interruption brutale du courant
CLUSTER
Reconnexion dans la queue déclenchée par une
instabilité de type déchirement
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AU COMMENCEMENT
Illustration Fabrice Mottez (CETP))
43
PHASE DE CROISSANCE
Illustration Fabrice Mottez (CETP))
44
Illustration Fabrice Mottez (CETP))
45
Illustration Fabrice Mottez (CETP))
46
Illustration Fabrice Mottez (CETP))
47
PHASE DEXPANSION
Illustration Fabrice Mottez (CETP))
48
PHASE DEXPANSION
Illustration Fabrice Mottez (CETP))
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IV. ObservationsDiagnostics expérimentaux "in
situ"
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Mission multi-satellite Cluster/ESA (2000) ?
Orbite polaire (4 -20 RT) ? Distances de
séparation des satellites entre 100 20000 km
51
Observations Cluster (2000 km)
20 nT
Bx
-20 nT

• 2100 UT traversée couche calme par C1,C2, et
  C4
• 2106 UT par C3
• épaisseur Z13 1400 km

10 nT
By
-5 nT
2130UT la couche de courant devient instable
(fluctuations 3D) C3 est temporairement proche
de léquateur
15 nT
Bz
2151UT la couche de courant sest épaissie
C1,C2,C3 et C4 ont la même signature ? Bx
0 Lénergie magnétique a diminué ? B 0
-5 nT
20 nT
B
0 nT
2100
2106
2130
2151
Le Contel et al, 2005
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Vpara,e,i
Mesures particules
Vitesses des ions et des e- Accélération des
électrons et des ions suivant x
Vperp,e,i
Vxe,i
Vye,i
Vze,i
2146
2154
53
Influence de lépaisseur de la couche de
courant/rayon de Larmor
Courant porté par les ions
Courant porté par les électrons
Baumjohann et al 2007
54
Instabilités susceptibles de créer la disruption
de courant
Baumjohann et al 2007
55
Mission
Observations simultanées au sol et in situ
Lancement février 2007
56
Mission
The different orbit configurations define the
five stages of the mission             Stage
1  Injection or Coast Phase2/15/07 -
9/15/07 Right after launch all spacecraft are
lined up in the same orbit with a 15.4 Re
apogee.             Stage 2  Orbit Placement
Phase9/15/07 - 12/15/07 The orbit placement
phase is also called Dawn phase because the
apogee of the orbits are on the dawn side of the
magnetosphere. Probe 1 apogee is at 30 Re, Probe
2 at 20 Re, Probes 3 and 4 at 12 Re, and Probe 5
at 10 Re.             Stage 3  Tail Science
Phase12/15/07 4/15/08 In the tail science
phase the apogee of the orbits are in the
magnetotail. Probe 1 apogee is at 30 Re, Probe 2
at 20 Re, Probes 3 and 4 at 12 Re, and Probe 5 at
10 Re. Major (4 day, P1, P2 and inner probe)
Conjunctions Minor (2 day, P2 and inner probe)
Conjunctions Daily (inner probes with GBOs)
Conjunctions -gt0030-1230UT
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Forme de la magnétopause
Discontinuité plane ? (test de deHoffmann-Teller)
Gondolée? Avec des renflements? Variations de la
normale
58
Pénétration localisée/ impulsive (direction de la
normale)
magnétogaine
magnétosphère
Russell and Elphic, 1978
59
Flux Transfer Event Observé par Cluster le 26
janvier 2001.
Outer magnetospheric boundaries Cluster
results, 2005
60
Nature de la magnétoqpause
Discontinuité rotationnelle ? test de Walén
61
Discontinuités en MHD
tangentielle
rotationnelle
62
Test de Walen (disc. rotationnelle)
V-VHT
VAlfven
Corrélation négative ? site de reconnexion au
nord de Cluster
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Fin du cours GB1
64
Divers
65
Données Cluster projetées dans le repère
LMN Eriksson et al, 2004
L
M
N
Plan tangent à la discontinuité
Direction normale
66
Reconnexion dans les lobes quand le champ
interplanétaire est Nord
67
Scenario de Smith et Lockwood (1996) Cas dun
champ interplanétaire sud
Événement de reconnexion