Jupiter est une source radio décamétrique intense (entre ~1 MHz et 40 MHz). Ses émissions les plus intenses sont liées à l'interaction entre le champ magnétique de la planète et le satellite Io. Du fait de son volcanisme actif, ce dernier éjecte ~1 tonne de matière par seconde qui forme, après ionisation, un tore de plasma le long de son orbite. Ce tore est entraîné par le champ magnétique jovien avec une vitesse 4 fois plus grande que celle de Io. La vitesse relative entre Io et le plasma induit un champ électrique qui génère un courant se propageant vers Jupiter le long des lignes de champ magnétique. Au passage du satellite, le plasma est accéléré et injecté dans le tube de flux magnétique reliant Io à Jupiter. De plus les lignes de champ magnétique sont perturbées, ce qui génère des ondes appelées ondes d’Alfvén.
L’accélération du plasma produit des aurores à la surface de la planète, aux pieds des lignes de champ magnétique excitées par le passage du satellite, ainsi que des émissions radio. Parmi ces émissions se trouve des sursauts brefs et intenses dont l’échelle de temps caractéristique est la milliseconde (Figure 1).
Durant un sursaut milliseconde, la fréquence diminue généralement avec le temps. Or cette fréquence est proportionnelle à l’intensité du champ magnétique au lieu de l’émission et décroît avec la distance à la planète. Cela signifie donc que la source des émissions radio s’éloigne de la planète durant le sursaut. En mesurant précisément la dérive (pente du sursaut sur la figue 1) en fonction de la fréquence, on peut en déduire la vitesse de la source le long des lignes de champ. Hess et al. 2007 ont montré que cela correspondait au mouvement d’électrons qui n’échangent pas d’énergie avec les champs (mouvement dit « adiabatique »).
Nous nous intéressons ici au fait que ces sursauts soient discrets, c’est à dire séparés les un des autres (alors que l’interaction planète-satellite est continue) et qu’ils se répètent de manière quasi-périodique. Cela peut être dû au fait que les électrons énergétiques à l’origine des émissions sont présents de manière discontinue et périodique, et donc que le processus d’accélération de ces électrons est lui-même périodique. Des ondes d’Alfvén, dont la période serait égale à la quasi-période des sursauts, sont soupçonnées d’être à l’origine de ce phénomène. Ergun et al. 2006 ont montré que ces ondes étaient capable d’accélérer périodiquement des électrons. Nous démontrons ici que les électrons ainsi accélérés peuvent engendrer les émissions radio observées.
Pour cela nous avons réalisé une simulation du tube de flux magnétique reliant Io à Jupiter en calculant la distribution des vitesses des électrons, ceux-ci étant accélérés par des ondes d’Alfvén introduites dans ce but. A partir de ces distributions, il est possible de calculer à chaque instant et à chaque altitude le taux d’amplification des ondes radio grâce à la théorie du MASER-cyclotron (mécanisme supposé d’amplification des ondes). La figure 2 présente ces taux d’amplification en fonction du temps et de la fréquence. Elle est directement comparable avec les spectres dynamiques enregistrés par les radiotélescopes (Figure 1).
On observe sur la figure 2 des sursauts dont les caractéristiques (dérive en fréquence, quasi-périodicité) sont similaires à celles des sursauts millisecondes observés. Le champ électrique de l’onde d’Alfvén est nul dans la zone d’émission (ce qui est cohérent avec le mouvement adiabatique) et génère des faisceaux d’électrons d’une énergie comparable à celle déduite des observations radio (~4 keV) à une altitude d’environ 1 rayon jovien au dessus de la planète (72000km). Ce faisceau est modulé avec une période égale à celle de l’onde d’Alfvén et par voie de conséquence les sursauts se répètent avec cette même période.
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Figure 1 Spectre dynamique de sursauts millisecondes enregistré au réseau décamétrique de Nançay. |
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Figure 2 Spectre dynamique simulé du taux d’amplification des ondes radio. Les structures dérivantes ont les mêmes caractéristiques que les sursauts millisecondes. |
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Contact : Sébastien Hess |
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