La magnétosphère terrestre peut subir une compression globale due au vent solaire. Cette compression crée des feuilles de courant minces et non idéales dans la queue de magnéto. Le vaisseau spatial MMS de la NASA survole cette mince feuille de courant comprimée et révèle qu’un champ électrique à petite échelle se forme (ligne bleue sur le tracé) qui génère un flux d’électrons fortement cisaillé qui entraîne des ondes hybrides inférieures (points lumineux sur le tracé) tandis que la densité du plasma est relativement plat (ligne pointillée orange sur le tracé). Il est important de comprendre la formation de ces nappes de courant et les structures et dynamiques à petite échelle à l’intérieur, car on pense qu’elles sont importantes dans les processus qui initient la reconnexion magnétique, ce qui peut entraîner une météo spatiale intense dans la magnétosphère terrestre. Crédit : Dr Bill Amatucci, LNR
Les feuilles de courant à micro-échelle libèrent la météo spatiale à macro-échelle
Les scientifiques du LNR découvrent une nouvelle physique manquante dans les modèles existants de reconnexion magnétique.
Alors que les films montrent la Terre comme existant dans un coin calme et vierge de l’univers, en réalité, l’environnement spatial proche de la Terre est dangereux et dynamique. Un jour donné, les particules chargées chaudes et les gouttes de plasma, appelé le vent solaire, provient du soleil et est dévié par le champ magnétique terrestre, provoquant de belles aurores autour des pôles nord et sud. Pendant les tempêtes solaires, cependant, le vent solaire peut comprimer le champ magnétique terrestre, provoquant le réarrangement et la reconnexion des lignes de champ magnétique (également appelée reconnexion magnétique), renvoyant un plasma chaud et dense vers la Terre. Des processus comme ceux-ci sont communément appelés météo spatiale. En raison de l’effet que ces perturbations spatiales peuvent avoir sur des éléments clés de notre société moderne, tels que les systèmes de télécommunications et les réseaux électriques, une bonne compréhension de ces processus est tout aussi essentielle que la compréhension de la météo au sol.
Un défi majeur dans la compréhension de la reconnexion magnétique dans la magnétosphère terrestre a été la difficulté de résoudre les processus à plus petite échelle cinétique dans les observations satellitaires. NasaCependant, le vaisseau spatial magnétosphérique multi-échelle (MMS) a récemment permis de faire des études détaillées de cette physique à micro-échelle inédite.
Les scientifiques du US Naval Research Laboratory (NRL) à Washington, DC ont utilisé des données MMS pour étudier la physique à micro-échelle qui se produit dans la magnétoqueue de la Terre, une partie mince de la magnétosphère illustrée à la figure 1. La magnétoqueue est formée lorsque la magnétosphère terrestre est comprimée par le vent solaire en une mince nappe de courant, créant un emplacement idéal pour étudier la reconnexion magnétique.
Les scientifiques du LNR ont récemment fait la première observation d’ondes plasma entraînées par des flux d’électrons fortement cisaillés (cisaillement en vitesse) dans l’une de ces nappes de courant comprimé. Le cisaillement de vitesse est créé dans la nappe de courant lorsqu’un champ électrique localisé orienté perpendiculairement au champ magnétique de fond apparaît lorsque la nappe de courant est comprimée. Ces ondes sont une riche source de diffusivités locales améliorées, qui peuvent déclencher le processus de reconnexion magnétique.
Les scientifiques du LNR ont également utilisé ces observations pour découvrir un composant clé manquant dans les modèles théoriques existants de minces nappes de courant et de reconnexion magnétique : un champ électrique ambipolaire qui se forme perpendiculairement à la nappe de courant et s’intensifie lorsque la nappe de courant subit une forte compression. Un nouveau modèle théorique a depuis été développé et indique que le champ électrique ambipolaire peut se développer de manière auto-cohérente en réponse à la compression globale du plasma. Cela produit à son tour le cisaillement de la vitesse qui peut entraîner les ondes observées dans les données de l’engin spatial. Le courant entraîné par le flux d’électrons modifie également les profils de champ magnétique et permet la formation de nappes de courant à la fois minces et non idéales, caractéristiques qui ne peuvent pas être expliquées simultanément par les modèles standard. Les résultats du modèle théorique jettent un nouvel éclairage sur le lien clé entre la physique à micro-échelle et à macro-échelle.
Ces découvertes remettent en question la compréhension existante de la physique des minces nappes de courant, et l’identification des ondes de plasma entraînées par cisaillement établit également l’importance du champ électrique ambipolaire localisé et des conditions hautement hétérogènes qui régissent la physique. Cette compréhension plus approfondie de la physique à petite échelle, lorsqu’elle est combinée avec les modèles à plus grande échelle, conduira à une connaissance plus complète de la dynamique globale et en particulier du flux d’énergie dans l’héliosphère du soleil vers le voisinage immédiat de la Terre qui affecte la proximité de la Terre. météo spatiale.
Réunion : 63e réunion annuelle de la division APS de physique des plasmas
GI01.0002: Structure et dynamique d’une nappe de courant comprimé dans la magnétoqueue terrestre
Ce travail est soutenu par les fonds de base du LNR.
