Jupiter et Saturne: un nouveau modèle théorique des magnétosphères géantes

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3 avril 2024

Les planètes géantes du Système Solaire sont des systèmes d’une extrême complexité. Elles sont caractérisées d’abord par leur champ magnétique très intense, qui crée une cavité magnétique protectrice du vent solaire, la magnétosphère qui s’étend sur plusieurs dizaines de rayons planétaires. De plus, leur rotation très rapide, sur des périodes de 9 à 10h contre 24h pou la Terre, induit un forçage très important à l’intérieur de cette magnétosphère. Dans les régions les plus proches de chaque planète gazeuse se trouvent des lunes (cryo-)volcaniques : Encelade pour Saturne, et Io pour Jupiter, qui injectent en permanence du gaz et du plasma dans le système. Ce plasma est embarqué par le champ magnétique et fortement accéléré par la rotation de la planète. Il est transporté vers l’extérieur du système et ce mouvement induit une rétroaction sur la géante gazeuse sous forme de boucles de courants alignés.

Comment se déroule exactement ce mouvement du plasma au sein du système, qui doit conserver, selon les principes physiques, masse, énergie et moment ? Les travaux menés par une jeune doctorante de l’IRAP ont conduit à la publication dans la revue Journal of Geophysical Research d’un modèle théorique basé sur les lois fondamentales de la magnéto-hydrodynamique pour décrire ce phénomène dans toute sa complexité. En considérant seulement le mouvement global du plasma, il est possible de le comprendre simplement comme… une compétition entre plusieurs résistances en rotation !

Vue schématisée du système Jupiter. La lune Io éjecte du gaz qui forme un tore autour de Jupiter. Ce gaz est ensuite ionisé et embarqué par le champ magnétique en rotation avec la planète. Il est transporté vers l’extérieur et forme un disque. Une partie du plasma s’échappe le long des lignes de champ magnétique vers la planète, créant des boucles de courant alignés.

Assez général, ce modèle pourrait s’appliquer pour comprendre les processus dynamiques plus fins qui prennent place dans les magnétosphères des géantes gazeuses, avec une complexité toujours plus grande. C’est le premier modèle capable de prendre en compte la plupart des asymétries observées dans les magnétosphères en rotation rapide. Il permettra l’interprétation des données issues de sondes en orbite dans ces systèmes : les « retraitées » Cassini (Saturne) et Galileo (Jupiter), l’active Juno (Jupiter), et bientôt JUICE et Europa Clipper, qui fourniront une vue « à deux yeux » de la magnétosphère de Jupiter à partir de 2031.

Ressources complémentaires

  • Publication scientifique : Devinat, M., Blanc, M., & André, N. (2024). A self-consistent model of radial transport in the magnetodisks of gas giants including interhemispheric asymmetries. Journal of Geophysical Research: Space Physics, 129, e2023JA032233. https://doi.org/10.1029/2023JA032233

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