Le champ magnétique d’origine externe Aurélie Marchaudon LPC2E

1. Le champ magnétique d’origine externe Aurélie Marchaudon LPC2E Atelier FORSTERITE, Grenoble, 22/10/2010

2. Plan de la présentation • Rappels d’électromagnétisme • Introduction à la magnétosphère • La reconnexion dans la magnétosphère • La dynamique du plasma magnétosphérique et ionosphérique • Les régions clés de la magnétosphère • Les principales sources de courants • Méthodes de calcul des courants à partir des mesures satellites • Présentation des différents courants de la magnétosphère, exemples de mesure et origine • Le courant de magnétopause • Le courant central de queue • Le courant annulaire • Les courants alignés au champ magnétique • Les courants ionosphériques : électrojets et courant Sq • Modèle empirique de champ magnétique externe

3. 1. Rappels d’électromagnétisme

4. Rappels sur le mouvement des particules chargées dans un champ électromagnétique (1) • Champ magnétique constant • mouvement de giration des particules autour de l’axe du champ magnétique- sens opposé pour les électrons et les ions- mouvement hélicoïdal : si les particules ont une vitesse parallèle au champ magnétique • angle d’attaque de la particule : • avec a = 0° (v┴ = 0) et a = 90° (v║ = 0) ║ ion a B ┴ ║ • Champ magnétique + champ électrique constants • mouvement de giration des particules, avec une dérive dans la direction perpendiculaire aux deux champs- les ions et les électrons dérivent dans la même direction- dérive en E x B- Exemple : mouvement des particules dans le champ de convection magnétosphérique

5. Rappels sur le mouvement des particules chargées dans un champ électromagnétique (2) • Champ magnétique avec un gradient spatial dans la direction perpendiculaire à l’axe du champ • - mouvement de giration des particules, avec une dérive dans la direction perpendiculaire au champ magnétique et à la direction de son gradient- les ions et les électrons dérivent en sens opposé- dérive de gradient- Exemple : champ qui diminue quand on s’éloigne de la Terre • Champ magnétique présentant une courbure : • mouvement de giration des particules, avec une dérive dans la direction perpendiculaire au champ magnétique et à la direction de courbure- les ions et les électrons dérivent en sens opposé- dérive de courbure- Exemple : ligne de champ terrestre dipolaire Force centrifuge ressentie par une particule Dans le cas d’un champ magnétique dipolaire : ces deux dernières dérives s’ajoutent pour former la dérive magnétique des particules

6. Rappels sur le mouvement des particules chargées dans un champ électromagnétique (3) • Champ magnétique présentant un gradient le long de son axe • conservation du moment magnétique d’une particule : • lorsque B augmente ou diminue le long de son axe, seul l’angle d’attaque de la particule peut varier pour assurer la conservation du moment magnétique • Cas d’un champ magnétique convergeant : • l’angle d’attaque de la particule augmente • sa vitesse perpendiculaire augmente au dépend de sa vitesse parallèle • au point miroir :B suffisamment intense pour que l’angle d’attaque de la particule atteigne 90° et que la particule soit réfléchie (du fait de la composante parallèle de la force de gradient de B) Champ magnétique symétrique avec un minimum au centre et convergeant aux deux bouts (champ dipolaire) : - une particule sera réfléchie aux deux points miroirs et sera donc piégée le long de la ligne de champ

7. En résumé : les particules subissent dans un champ magnétique dipolaire (cas de la Terre) • un mouvement hélicoïdal autour du champ B • un mouvement de réflexion entre les deux points miroirs d’une ligne de champ (gradient de B entre l’équateur et les pieds de la ligne) • un mouvement de dérive autour de la Terre (gradient de B en s’éloignant de la Terre et courbure de B), opposé pour les électrons (Est) et les ions (Ouest)

8. 2. Introduction à la magnétosphère

9. La magnétosphère terrestre façonnée par le vent solaire

10. axe Sud-Nord Z O Terre X axe Terre-Soleil Y axe Matin-Soir Les principaux repères de travail Repère magnétique ionosphérique (latitude magnétique et temps magnétique local) Repère global GSM (X,Y,Z) Géocentrique Solaire Magnétosphérique Soleil 12MLT 06MLT 18MLT 70° 60° 00MLT Plan xOz contient l’axe du dipôle magnétique terrestre Vue du pôle nord magnétique depuis le dessus

11. Processus de reconnexion à la magnétopause :concepts de magnétosphère fermée et ouverte (1961) • Concept de magnétosphère fermée • Axford et Hines (1961) propose que la magnétosphère est presque totalement isolée du vent solaire • transfert de plasma et de quantité de mouvement par couplage visqueux, mais dynamique engendrée faible • Concept de magnétosphère ouverte • Dungey (1961) évoque la reconnexion magnétique entre lignes anti-parallèles de champ magnétique terrestre et interplanétaire • transfert aisé de plasma, d’énergie et de quantité de mouvement le long des lignes de champ depuis le vent solaire vers la magnétosphère D’après Dungey, 1963

12. Mouvement des lignes de champ (3) reconnectées (ouvertes) dans la direction anti-solaire Plan méridien Reconnexion entre une ligne de champ interplanétaire (2) et une ligne de champ terrestre (1) fermée Reconnexion inverse Mouvement des lignes de champ terrestres fermées de la queue (1) dans la direction solaire Projection dans l’ionosphère polaire Plan équatorial Soleil Formation de 2 cellules de convection Processus de reconnexion : convection à grande échelle du plasma dans la magnétosphère et l’ionosphère

13. Processus de reconnexion et convection à grande échelle du plasma dans la magnétosphère (2) Plan méridien de la magnétosphère Soleil

14. X Mantle Polar Cusp LLBL X Tail Plasma Sheet X Polar Cusp X Mantle Processus de reconnexion : pénétration et accélération du plasma dans la magnétosphère et aurores dans l’ionosphère

15. Variabilité du champ magnétique externe sous l’action du vent solaire

16. La magnétosphère terrestre et ses régions clés Magnétosphère interne :- région de champ magnétique dipolaire à R < 6 RE- coexistence de 2 plasmas denses (n~10 cm-3) - un plasma froid : la plasmasphère : E~1 eV - un plasma chaud : les ceintures de radiation : E~qq keV-qq MeV Feuillet central de plasma :- région de champ magnétique fermé à R > 6 RE- Plasma froid E~1-10 keV et ténu n~0.1-1 cm-3 Cornets polaires :- points nuls du champ magnétique- séparent les lignes de champ fermées côté jour et ouvertes côté nuit- région ouverte sur le milieu interplanétaire- E ~ qq keV (e-) à qq 10 keV (i) et n ~ qq 10 cm-3 Lobes : - région de champ ouvert côté nuit- plasma froid : E~ qq eV et très ténu : n < 0.1 cm-3 Régions frontières : densité intermédiaire et faisceaux structurés de particules- couche limite basse latitude (à l’intérieur de la magnétopause côté jour)- manteau (à l’intérieur de la magnétopause côté nuit)- couche limite du feuillet de plasma (séparant les lobes du feuillet central de plasma côté nuit) Ionosphère : plasma dense, froid et partiellement ionisé (donc collisionnel) – 80 < alt < 3000 km

17. J//-Region1 J//-Region2 Les différentes sources de courants magnétosphériques Cross-Tail Current Sheet

18. 3. Méthodes de calcul des courants à partir des mesures satellites

19. y Nappe de courant d bx x J// d bx A vsc Orbite du satellite Détermination des courants alignés au champ magnétique à partir des mesures d’un satellite A haute latitude (champ B vertical) et basse altitude : |vsc| >> |vsh| Satellites Ørsted, Champ, FAST… • Soustraction du champ magnétique interne de la Terre : b = Bmesuré - Bmodèle • 2. Hypothèse : les courants sont distribués en nappe infinie et uniforme • 3. Direction de la nappe de courant donnée par l’orientation de b • 4. Intensité du courant parallèle avec : vn = vsc sin A • 5. Limitation : • la méthode n’est pas valide, si l’orbite du satellite est parallèle à la nappe de courant

20. Détermination du courant à partir des mesures de 4 satellites en tétraèdre : méthode du curlomètre appliquée à Cluster - Estimation directe de la densité de courant électrique à partir de rot(B) - Utilisation des gradients spatiaux du champ magnétique à l’intérieur du tétraèdre formé par 4 satellites (d’après Dunlop et al., 2002) SC4 1. Estimation du courant moyen normal à la face (1,3,4) du tétraèdre : 2. Les courants normaux à 3 faces sont re-projetés dans un système de coordonnées cartésien terrestre J234 J134 SC3 J132 SC2 SC1 • Hypothèse et condition d’utilisation : • variation du champ linéaire entre les satellites → J est constant à l’intérieur du tétraèdre • configuration du tétraèdre la plus régulière possible

21. 4. Différentes sources de courants dans la magnétosphère, exemples de mesure et origine

22. Le courant de magnétopause ou courant de Chapman-Ferraro • - Courant circulant à l’interface entre le vent solaire et la magnétosphère (Jmp) • Direction et géométrie du courant : • Côté jour : vers l’Est, courant hémisphérique • Côté nuit : vers l’Ouest, courant cylindrique se fermant au centre de la queue (Jtail) • Entre les deux : circulation autour des points neutres (cornets polaires) • - Distances à la Terre : • Côté jour : ~10 RE • Côté nuit : ~15 RE aux terminateurs • ~ qq 100 RE dans la queue • - Courant total : ~107 A • - Effets à la surface de la Terre : • perturbation magnétique parallèle au champ magnétique terrestre et dirigé vers le Nord • augmente l’intensité du champ magnétique dans la magnétosphère et à la surface de la Terre côté jour Vue 3D de la magnétopause(Soleil à gauche)

23. Mesure directe du courant de magnétopause avec Cluster • Traversée de magnétopause (magnétosphère -> vent solaire) : rotation et décroissance du champ magnétique • Calcul du courant de magnétopause par rot(B), grâce au tétraèdre de 4 satellites Cluster • -> Courant essentiellement dans la direction soir-matin (Jy < 0) et sous-structures dans les directions x et z magnetopause magnétosphère magnétogaine Cluster Cluster Y Système de coordonnées GSM D’après Haaland et al. (2004)

24. Génération du courant de magnétopause Magnetosphere B • Pour aller plus loin : • - Courant créé à l’interface entre 2 plasmas aux propriétés différentes : vent solaire (dense, faiblement magnétisé) et magnétosphère (ténu, fortement magnétisé) • En atteignant le champ magnétique terrestre, les ions et les électrons du vent solaire sont défléchis par la force de Lorentz • Ils parcourent un demi-rayon de giration dans des directions opposées et retournent dans le vent solaire • Une nappe de courant électrique circulant à la frontière entre les deux milieux se crée • Courant totalement développé : pression dynamique du vent solaire = pression magnétique à l’intérieur de la magnétosphère • Courant beaucoup plus complexe si la reconnexion a lieu sur la magnétopause Emp B Jmp Magnetopause rgi rge B = 0 Electron path Ion path Wind Solar

25. Le courant central de queue (cross-tail current sheet) Vue depuis la Terre • Courant circulant à l’interface entre les deux lobes magnétosphériques de la queue (Jtail) • Région du feuillet de plasma central • Direction et géométrie du courant : • fine nappe circulant vers l’Ouest et divergeant sur la magnétopause vers le Nord et le Sud • - Distance à la Terre : >10 RE • Courant total : 2.105 A.RE-1, • Soit, 106 A porté par chaque portion de 5 RE de la queue (longueur : 150-200 RE) • - Effets à la surface de la Terre : • perturbation magnétique parallèle au champ magnétique terrestre et dirigé vers le Sud • diminue l’intensité du champ magnétique dans la magnétosphère et à la surface de la Terre • diminution beaucoup plus forte côté nuit : asymétrie de la perturbation magnétique engendré sur la surface 2 solénoïdes collés dans lesquels B est en sens opposé

26. Z Y X Mesure directe du courant de queue avec Cluster • Traversées successives du courant de queue par Cluster : caractérisées par des inversions de la composante Bx du champ magnétique • Calcul du courant de queue par rot(B)(4 satellites Cluster en tétraèdre) • Courant essentiellement dans les directions y et z • -> oscillations de la nappe de courant qui se propagent depuis le centre de la queue vers les flancs (v ~ qq 10 km.s-1) • Ces oscillations se produisent aussi bien en périodes agitées qu’en périodes calmes B Cluster B D’après Sergeev et al. (2003) Vue depuis la Terre

27. matin Soleil BTerre Jring Plan équatorial soir Le courant annulaire (ring current) • - Circule autour de la Terre, centré sur le plan équatorial • - Direction et géométrie du courant : vers l’Ouest et quasi-circulaire • - Distance moyenne à la Terre : 4 REdans la région des ceintures de radiations • - Courant total : 5.105 A (période calme) • >107 A (orage magnétique) • - Effets à la surface de la Terre : • perturbation magnétique quasi-constante parallèle à l’axe du champ magnétique, mais vers le sud • réduit l’intensité du champ magnétique à la surface de la Terre • plus le courant est intense, plus le champ à la surface diminue, c’est le cas lors des orages magnétiques • - La perturbation magnétique au centre de la Terre causée par le courant annulaire est directement proportionnelle à l’énergie totale de toutes les particules dérivantes

28. Dst Caractérisation du courant annulaire par l’indice Dst • L’indice Dst mesure essentiellement les perturbations associées au courant annulaire (+ courants de magnétopause et de queue) • Définition de l’indice Dst : • à un instant t, Dst(t) est défini comme la moyenne de la variation des perturbations de la composante H de 4 observatoires magnétiques (ramenée à la position de l’équateur magnétique) Variations de l’indice Dst lors d’un orage magnétique : - Fortes décroissances liées à des intensifications du courant annulaire causée par l’injections de particules depuis la queue magnétosphérique D’après Hanuise et al. (2006)

29. Mesure directe du courant annulaire avec Cluster • Plusieurs traversées successives du plan équatorial de la magnétosphère interne dans différents secteurs de temps local • Calcul du courant annulaire par rot(B) (4 satellites Cluster en tétraèdre) • Première mesure directe du courant annulaire • Courant de qq 10 nA/m2 et plus intense côté minuit que côté soir Plan équatorial D’après Vallat et al. (2005)

30. Génération du courant annulaire • Pour aller plus loin : • courant produit par la dérive vers l’Ouest des protons et la dérive vers l’Est des électrons, injectés depuis la queue • - les électrons ont une énergie plus faible et sont rapidement perdus dans l’atmosphère • -> le courant annulaire est donc essentiellement transporté par les protons • Décomposition du mouvement des ions dans un champ magnétique dipolaire : • 1. Giration autour du champ magnétique local • 2. Mouvement de rebond entre les deux points miroirs de la ligne de champ • 3. Dérive azimutale autour de la Terre • De part ces 3 mouvements, les ions occupent toutes les latitudes le long d’une ligne de champ et forment donc un tore de courant autour de la Terre en bleu : trajectoire d’un unique ion

31. Génération du courant annulaire partiel • Pour aller encore plus loin : • Les ions en plus des 3 mouvements précédents, subissent une dérive vers le Soleil associée au champ électrique de convection dans la magnétosphère interne • Ce mouvement : • se retranche à la dérive des ions côté matin -> diminution du courant • s’ajoute à la dérive des ions côté soir -> intensification du courant • C’est le courant annulaire partiel côté soir matin BTerre Soleil Plan équatorial Jring soir trajectoire des ions dans le plan équatorial

32. R1 R2 Soleil 12 MLT 60 14 10 R2-descendant 70 R2-montant 16 8 18 6 R1-montant R1-descendant 80 20 4 22 60 2 0 - descendant - montant Les courants alignés au champ magnétique (field-aligned currents) • Circulent le long du champ magnétique entre le plan équatorial de la magnétosphère et l’ionosphère • - 2 régions principales de courants appelées Région-2 et Région-1 (mécanismes de génération différents) • Direction et géométrie des courants : • les 2 régions forment 2 anneaux concentriques centrés sur chaque pôle magnétique • les courants sont opposés en signe entre les 2 régions, et de part et d’autre de l’axe midi-minuit • - Courant total : qq 106 A (fn de l’activité magnétique) • Effets à la surface de la Terre : • très faibles (car soient s’annulent entre eux, soient avec les courants ionosphériques) Pôle nord vu depuis le dessus

33. y Nappe de courant d bx x J// d bx A vsc Orbite du satellite Rappel : détermination des courants alignés au champ magnétique à partir des mesures d’un satellite A haute latitude (champ B vertical) et basse altitude : |vsc| >> |vsh| Satellites Ørsted, Champ, FAST… • Soustraction du champ magnétique interne de la Terre : b = Bmesuré - Bmodèle • 2. Hypothèse : les courants sont distribués en nappe infinie et uniforme • 3. Direction de la nappe de courant donnée par l’orientation de b • 4. Intensité du courant parallèle avec : vn = vsc sin A • 5. Limitation : • la méthode n’est pas valide, si l’orbite du satellite est parallèle à la nappe de courant

34. Exemple de mesure directe des courants alignés avec CHAMP Soleil 1200 MLT Sat R2 R1 R2 R1 R2 R1 R2 R1 • A grande échelle : • Observation des principales grandes régions de courants parallèles (Région-1 et -2) • - Etude statistique pour étudier l’intensité et l’extension en latitude de ces régions, en fn de l’activité magnétique, du vent solaire… • A petite et moyenne échelle : • Existence de sous-structures plus ou moins fines (double nappe de courant, vortex…) • - Etude de ces structures pour déterminer leur origine dans la magnétosphère (reconnexion transitoire sur la magnétopause ou dans la queue magnétosphérique, instabilités…) montant descendant

35. Plan équatorial Soleil Couche limite basse latitude (LLBL) Magnétopause matin + soir + + + + + + + + V + + E + B Lignes d’écoulement du plasma V B B E E E B V V Génération des courants alignés de Région-1 • Pour aller plus loin : • Couche frontière (magnétopause) : • plasma transporté côté nuit par interaction visqueuse et reconnexion (entraînement du vent solaire) • force de Lorentz : électrons défléchis côté matin et ions côté soir • génération d’un champ électrique soir -> matin • Magnétosphère interne : • Ecoulement retour avec plasma transporté côté jour • force de Lorentz : électrons défléchis côté soir et ions côté matin • génération d’un champ électrique matin -> soir • Lignes de champ magnétique parfaitement conductrices : le champ électrique magnétosphérique se projette dans l’ionosphère • Le champ électrique génère un courant de Pedersen dans l’ionosphère (// à E). Par continuité du courant : • côté soir : convergence des champs électriques et un courant aligné montant depuis l’ionosphère • côté matin : divergence des champs électriques et un courant aligné descendant dans l’ionosphère

36. Génération des courants alignés de Région-2 • Pour aller plus loin : • Queue magnétosphérique : • champ électrique matin-soir, responsable de la convection solaire du plasma dans la queue et la magnétosphère interne • A la frontière queue/magnétosphère interne : • déformation de la frontière qui se rapproche de la Terre côté minuit et s’en éloigne sur les flancs • cette déformation génère un champ électrique de polarisation soir-matin • les 2 champs s’équilibrent à la frontière • Magnétosphère interne : • le champ électrique devient nul dans la magnétosphère interne • on parle d’écrantage de la magnétosphère interne (insensible à la convection) • le champ électrique étant nul à l’intérieur de la frontière mais pas à l’extérieur, une divergence du champ électrique se produit • génération de courants alignés au champ magnétique : - côté matin : montant depuis l’ionosphère • - côté soir : descendant dans l’ionosphère Plan équatorial Soleil Frontière Feuillet de plasma E=0 Epol Econv J//

37. Magnétosphère Soleil 1200 MLT Soleil 1200 MLT R1 J// R2 J// R1 J// R2 J// Jp Jp R1 R1 R2 R2 Ematin-soir Soir 1800 MLT Matin 0600 MLT JH Jp JH Ionosphère Electrojet Est Electrojet Ouest Calotte polaire Convection Antisolaire Convection Solaire Convection Solaire Fermeture des courants alignés dans l’ionosphère • Convection ionosphérique :E = - V x B (matin -> soir dans la calotte polaire et soir -> matin dans les zones aurorales) • 2 types de courants ionosphériques générés par le milieu anisotrope (magnétisé) : • Les courants horizontaux de Pedersen JP (circulant parallèle au champ électrique de convection) qui ferment les courants alignés au champ magnétique dans la basse ionosphère • Les courants de Hall JH ou électrojets (circulant perpendiculairement au champ électrique de convection)

38. Distribution des courants ionosphériques de Hall ou DP-2 • Convection magnétosphérique engendre : • 2 cellules de convection ionosphérique • 2 cellules de courants ionosphériques de Hall circulant en sens inverse, appelées DP-2 (Polar Disturbance of Type 2) • - Le courant s’écoule de minuit vers midi (flèche jaune) dans la calotte polaire et s’écoule en sens inverse dans l’ovale auroral • - L’ovale auroral est le siège de précipitations de particules responsables de fortes conductivités • Le courant se concentre donc dans cette région et circule vers l’Ouest côté matin (flèche rouge) et vers l’Est côté soir (flèche bleue) • Ce sont les électrojets auroraux • - Perturbations à la surface de la Terre : • côté matin : perturbation négative • côté soir : perturbation positive Courant équivalent ionosphérique Soleil Matin Soir D’après Clauer et Kamide (1985)

39. Mesure des courants ionosphériques de Hall à partir des magnétomètres au sol • Chaînes de magnétomètres au sol : • Détermination d’une ligne de base des données magnétomètres, (période magnétiquement calme proche de l’événement à étudier) • Perturbations magnétiques enregistrées correspondent au système de courant ionosphérique réel (à 3D) • Simplification : perturbations correspondent à des courants circulant dans un plan ionosphérique infiniment mince (alt. : 100 km) • Calcul de ces courants dans les zones aurorales et la calotte polaire. On parle de courants ionosphériques équivalents • Exemple présenté : • Courants supposés ne varier que dans la direction Nord-Sud (cas des électrojets) • Seule, la composante Est-Ouest des courants équivalents est calculée en fonction de la latitude et du temps • - Courants codés en couleur : jaune-rouge représente les courants vers l’Est et vert-bleu représente les courants vers l’Ouest

40. Génération des courants ionosphériques de Hall JH = n e (V+ - V-) Pour aller plus loin : - En présence de champs électrique E et magnétique B orthogonaux, les électrons et les ions dérivent dans la même direction perpendiculairement à E et B (dérive en E x B) - Comme les ions entrent plus en collisions avec les atomes neutres, ils dérivent plus lentement que les électrons - Par conséquent un courant net est généré dans la direction opposée à la vitesse de dérive. C’est le courant de Hall JH V- N V+ + - B E Plan de l’ ionosphère

41. Distribution des courants alignés du cornet polaire côté jour • générés par la reconnexion magnétique à la magnétopause sur la face avant (Bz < 0) ou dans les lobes (Bz > 0) • distribution et polarité variables : dépendant de l’orientation du champ magnétique interplanétaire et donc de la géométrie de la reconnexion sur la magnétopause BZ < 0 BZ > 0 12 12 BY < 0 < 0 BY 15 9 Soleil 15 9 NBZ R1 R1 R0 18 6 6 18 85° R2 R1 R1 R2 80° 75° 12 12 BY > 0 > 0 BY - descendant 9 9 15 15 - montant 18 6 6 18 85° 75° 80° 70° Iijima et al., 1984 Magsat satellite Erlandson et al., 1988 Viking satellite

42. Système de courants 3D lié aux sous-orages(Substorm Current Wedge) • En période de sous-orages magnétosphériques : • Queue magnétosphérique : • reconnexion magnétique dans la queue lointaine • disruption du courant central de queue près de la Terre • Le long du champ magnétique : • divergence du courant de queue en une paire de courant aligné au champ magnétique • Ionosphère : • intensification de l’électrojet auroral vers l’Ouest côté pré-minuit • système de courant ionospherique appelé DP-1 (Disturbance Polar of Type 1) • il se produit durant la phase d’expansion du sous-orage et dure environ 30 min • il cause une perturbation négative à la surface de la Terre • - Ce courant varie en fonction de l’intensité du sous-orage Soleil Courant équivalent ionosphérique

43. La dynamo ionosphérique ou courant Sq • Direction et géométrie du courant : • intense courant centré sur l’équateur magnétique • circule vers l’Est, côté jour • au terminateur soir, se divise en 2 vortex (sens des aiguilles d’une montre HS et sens inverse HN) • - Distance à la Terre : dans la couche E de l’ionosphère (90-120 km d’alt.) • - Effets à la surface de la Terre : • les perturbations magnétiques sont : • - vers le Nord à l’équateur - vers le Sud, au Nord et au Sud des centres des 2 vortex - vers l’Ouest aux terminateurs soir et matin HN - vers l’Est aux terminateurs soir et matin HS • à l’équateur, augmente l’intensité du champ magnétique à la surface de la Terre • produit la « Quiet Day Variation » ou Sq HN HS

44. Exemple de l’effet dynamo ionosphérique sur les magnétomètres au sol à moyenne latitude Midi Bx negative et symétrique autour de midi (station située au nord de la cellule nord) By anti-symétrique autour de midi et négative côté soir

45. Formation de la dynamo ionosphérique • Pour aller plus loin : • - l’illumination solaire crée un point chaud dans l’ionosphère près du midi local • - une région de hautes pressions se développe juste après le midi local • - l’atmosphère ionisée s’écoule radialement depuis les hautes pressions vers les basses pressions • le mouvement des particules chargées dans le champ magnétique terrestre produit un intense courant vers l’Est centré sur l’équateur magnétique (effet dynamo) • - ce courant va varier en fonction de la saison, du temps local, de la longitude géographique, de l’activité solaire

46. 5. Modèle empirique de champ magnétique externe

47. Modèle empirique de champ magnétique externe • Pour reproduire la variabilité du champ externe : • fit en harmoniques sphériques des mesures magnétiques • prise en compte de la variation de l’inclinaison du dipôle magnétique • prise en compte des diverses sources de courants, à partir des indices magnétiques et de facteurs de pondération • prise en compte de l’histoire de la magnétosphère durant plusieurs heures (sous-orage, orage magnétique, reconnexion côté jour) Soleil Plan méridien de la magnétosphère (d’après Tsyganenko et al., 2002)

48. Conclusions • La magnétosphère terrestre est façonnée par les courants électriques • Ces courants électriques sont partout dans la magnétosphère et l’ionosphère et assurent le couplage entre les deux régions • Ces courants électriques varient considérablement en fonction de l’état du milieu interplanétaire, en particulier du champ magnétique du vent solaire (reconnexion) qui va impacter l’état de la magnétosphère (sous-orages et orages magnétiques) • La majorité de ces courants produisent des effets mesurables sur les magnétogrammes au sol • Ils sont aussi mesurables directement à l’aide de mesures satellites

49. Principales références utilisées dans cette présentation • Livres : • * “Basic Space Plasma Physics”, Baumjohann et Treumann, Imperial College Press, 1997 • * “Introduction to Space Physics”, Kivelson et Russell, Cambridge University Press, 1995 • Présentation : • * “The Utilization of Ground Magnetometer Data in Magnetospheric Physics”, R. L. McPherron, XIIIth IAGA Workshop on Observatory Instruments, Data Acquisition, and Processing, June 2008, Golden, Co