Vers une meilleure compréhension des interactions plasma lunes-magnétosphère dans le système de Jupiter ?

La vaste magnétosphère de Jupiter est remplie d’un plasma d’électrons et d’ions essentiellement issu de l’intense activité volcanique de la lune Io. Entraînées en rotation rapide par l’intense champ magnétique de Jupiter, les particules s’organisent sous la forme d’un disque étendu de plasma couramment appelé magnéto-disque. Les quatre plus grandes lunes de Jupiter nommées, Io, Europe, Ganymède et Callisto évoluent dans ce disque à l’intérieur de la magnétosphère de Jupiter et sont en permanence rattrapées par le plasma qui orbite beaucoup plus vite qu’elles. Elles perturbent ainsi l’écoulement du plasma. Dans leurs environnements proches, des ondes électromagnétiques sont alors générées : en se propageant le long des lignes de champ magnétique, ces ondes peuvent accélérer des électrons. Certains d’entre eux précipitent alors dans l’atmosphère de Jupiter, produisant des structures aurorales caractéristiques appelées « empreintes », visibles aussi bien dans l’ultraviolet que dans l’infrarouge. Ces émissions aurorales induites par les lunes sont généralement constituées d’un spot principal, plus brillant, suivi d’une queue aurorale dont la luminosité s’estompe petit à petit. 

La mission Juno, dont la 50ème orbite s’est achevée en avril 2023, dispose d’une instrumentation plasma de pointe permettant d’étudier le comportement des particules chargées dans la magnétosphère de Jupiter. Grâce à son orbite polaire unique, le satellite peut effectuer des mesures du plasma au-dessus des pôles de Jupiter mais également proche de l’orbite des lunes. 

Dans un récent article, une équipe de scientifique rattachée au CNRS-INSU a étudié les propriétés des électrons accélérées par l’interaction entre la lune Europe et la magnétosphère de Jupiter. En analysant les données recueillies pendant ces six dernières années par l’instrument JADE-E (Jupiter Auroral Distribution Experiment) (1) , ils ont montré pour la première fois que les propriétés des électrons changent à mesure que l’on s’éloigne de la lune, en particulier leur distribution en énergie. Ils ont également mis en évidence une décroissance du flux d’énergie généré par les électrons en fonction de la distance à Europe, compatible avec l’évolution de la brillance de la queue aurorale associée à la lune.

Ces observations nous renseignent ainsi sur les processus sous-jacents d’accélération de particules, encore mal compris. Elles ouvrent également la voie à des études comparées entre lunes galiléennes, notamment avec Io dont les interactions avec la magnétosphère de Jupiter restent, pour l’heure, les mieux documentées.

Note :

1. dont l’IRAP a construit l’optique électrostatique permettant la sélection en vitesse et énergie des électrons de faibles énergies.

Ressources complémentaires

• Publication scientifique : Rabia, J., Hue, V., Szalay, J. R., André, N., Nénon, Q., Blanc, M., et al. (2023). Evidence for non-monotonic and broadband electron distributions in the Europa footprint tail revealed by Juno in situ measurements. Geophysical Research Letter.
• Communiqué de Presse du CNRS-INSU

Contacts IRAP

• Jonas Rabia, jonas.rabia@irap.omp.eu
• Nicolas André, nicolas.andre@irap.omp.eu
• Quentin Nénon, quentin.nenon@irap.omp.eu