La magnétogaine est la région de transition entre le vent solaire libre et la magnétosphère terrestre. Le vent solaire est un écoulement de plasma magnétisé (pratiquement sans collisions) venant de l'expansion de la couronne solaire. La Terre avec son champ magnétique dipolaire représente un obstacle dans l'écoulement du vent solaire supersonique ce qui donne lieu à une onde de choc en amont. La région occupée par le champ dipolaire déformé par le vent solaire s'appelle la magnétosphère . La limite externe de la magnétosphère la magnétopause, interface entre champs magnétiques de nature différente. La magnétogaine se trouve entre le choc et la magnétopause (Figure 1).
Le plasma qui occupe plus que 90% de l'Univers, est souvent turbulent, comme le vent solaire ou la magnétogaine terrestre. En astrophysique, des systèmes ressemblant à la magnétogaine peuvent être trouvés en aval des chocs sans collisions comme ceux des éjections des masses coronales (CME) ou dans les restes des supernovae. L'avantage de la magnétogaine est que l'on peut l'étudier de manière systématique avec des mesures in situ grâce à des missions spatiales. De ce point de vue, la magnétogaine représente un excellent laboratoire pour étudier la turbulence dans un plasma sans collisions.
CLUSTER est la dernière mission spatiale en date dédiée à l'étude de la magnétosphère et de ses frontières. Elle comporte 4 satellites identiques, ce qui permet pour la première fois d'avoir une résolution spatiale tridimensionnelle. Cette propriété est très importante dans l'étude de la turbulence.
Il est couramment admis que la turbulence dans les plasma naturels est un mélange incohérent d'ondes planes de faible amplitude. Effectivement les amplitudes des fluctuations magnétiques sont souvent petites par rapport au champ magnétique moyen
( δB << B0 ). Le reste, la forme des fluctuations et leur incohérence, sont des hypothèses qu'il n'était pas possible de vérifier auparavant.
Avec des mesures de CLUSTER on a pu mettre en évidence l'existence de structures non-linéaire cohérentes sous la forme des vortex d'Alfvén (Figure 2), dans le plasma turbulent de la magnétogaine. Le vortex magnétique d'Alfvén est une onde d'Alfvén non-linéaire de géométrie cylindrique, stable dans le plasma. Sur une seule sonde, le signal du vortex ressemblerait à celui d'un paquet d'onde plane qui se propage le long du champ magnétique moyen (Figure 3a). Or, l'analyse sur les 4 satellites est en désaccord avec cette interprétation : les délais temporels entre les satellites sont en revanche compatibles avec l'observation d'une structure cylindrique alignée avec le champ B0 comme on peut le voir sur la Figure 3b.
Ces résultats montrent que la description habituelle de la turbulence dans le plasma est incomplète : ce n'est pas uniquement un mélange d'ondes planes linéaires, mais on y trouve aussi des structures non-linéaires, comme des vortex magnétiques.
Leur rôle sur la dynamique de la turbulence et le mécanisme de leur génération dans le plasma sont des problèmes qui aujourd'hui encore restent ouverts.
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Contact : Olga Alexandrova (Observatoire de Paris, LESIA) |
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