Une description complète et moderne de la physique du disque de plasma de Jupiter !
Le magnétodisque jovien désigne un mince disque de plasma et de courants électriques dans la magnétosphère de Jupiter, situé près du plan équatorial, au-delà de l’orbite de la lune Io, la principale source de plasma du système. Le magnétodisque jovien échange de la masse, de l’énergie et de la quantité de mouvement avec le tore de plasma d’Io par le biais d’un transport radial probablement alimenté par l’instabilité d’échange et des processus de transport à plus grande échelle. À l’autre extrémité du flux de plasma froid, il est couplé à la magnétosphère externe et à la queue magnétique, où le plasma est principalement perdu par le système. Le magnétodisque jovien est également couplé à la haute atmosphère/ionosphère par l’intermédiaire de courants alignés sur le champ. Ce système de courants est en partie responsable (ou du moins lié) aux principales aurores et au réchauffement de la haute atmosphère/ionosphère.
Dans une étude récemment publiée dans le Journal of Geophysical Research : Space Physics, une équipe de scientifiques de l’IRAP, en collaboration avec des chercheurs du Southwest Research Institute, de l’Université du Colorado et de l’Université Johns Hopkins, a combiné des observations in situ du plasma et des particules chargées énergétiques des missions Juno et a détaillé les propriétés du plasma magnétodisque en générant des distributions spatiales de la densité numérique, de la pression et de la vitesse des électrons, des protons et des ions lourds afin de fournir une description complète et moderne de la physique du magnétodisque, à la fois en termes de structure et de dynamique.
Le magnétodisque jovien présente un équilibre des forces, entre la force dûe à la courbure du champ magnétique dirigée vers l’intérieur du système et les forces dirigées vers l’extérieur du système dominées par la force d’anisotropie de pression plasma (73 %), la force de gradient de pression étant secondaire (19 %), la force centrifuge (7 %) et la force de pression magnétique (1 %) n’étant pas importantes en général. Les fonctions de distribution de la vitesse pour toutes les espèces de plasma sont anisotropes, la pression parallèle au champ magnétique étant plus importante que la pression perpendiculaire. L’échelle de temps estimée du transport radial de 20 à 80 rayons joviens est de l’ordre de 7 heures, avec une masse totale de plasma dans ces régions de 5 10^7 kg, et une énergie thermique de 3,8 10^37 eV.
Schéma du magnétodisque jovien et de sa connexion avec les autres composants du système de Jupiter. Les courbes noires illustrent les lignes de champ magnétique. Les flèches bleues en pointillés indiquent les trois principales sources de masse du magnétodisque : le tore de Io (et peut-être d’autres lunes), l’ionosphère jovienne et le vent solaire. La flèche bleue pleine indique le transport de plasma froid vers l’extérieur (l’injection de plasma chaud vers l’intérieur n’est pas montrée ici pour la clarté de la figure). Les courbes en pointillés orange illustrent les courants électriques à grande échelle reliant le magnétodisque et l’ionosphère, comme prévu par le modèle d’application de la corotation. L’encadré montre comment ce système de courants est couplé et interagit avec l’atmosphère.
Les distributions de plasma présentées dans cet article serviront de référence pour les futures missions telles que les missions Juice et Europa Clipper, actuellement en route vers Jupiter.
Ressources complémentaires
- Publication scientifique : Liu, Z.-Y., Blanc, M., André, N., Bagenal, F., Wilson, R.J., Allegrini, F., Devinat, M., Mauk, B.H., Conerney, J.E.P., Bolton, S.J. (2024). Juno Observations of Jupiter’s Magnetodisk Plasma: Implications for Equilibrium and Dynamics. Journal of Geophysical Research: Space Physics, 129(1), https://doi.org/10.1029/2024JA032976.
Contacts IRAP
- Zhi-Yang Liu : zhi-yang.liu@irap.omp.eu
- Nicolas ANDRE (IRAP and ISAE-SUPAERO), nicolas.andre@irap.omp.eu et nicolas.andre@isae-supaero.fr
- Michel Blanc : michel.blanc@irap.omp.eu
- Marie Devinat : marie.devinat@irap.omp.eu
