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ACTIVITE MAGNETOSPHERIQUE DE JUPITER. P. Louarn ( IRAP ) Discussion de quelques aspects spécifiques de l’activité magnétosphérique de Jupiter Uniquement l’aspect ‘global’, effets d’interactions binaires (Io/Jupiter,) non discutés.

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ACTIVITE MAGNETOSPHERIQUE DE JUPITER

  • P. Louarn (IRAP)
  • Discussion de quelques aspects spécifiques de l’activitémagnétosphérique de Jupiter
    • Uniquementl’aspect ‘global’, effetsd’interactionsbinaires (Io/Jupiter,) non discutés

Jupiter: Exemple type d’une classe d’activités magnétosphériques

Distinction classique

‘Earthlike’

Système ‘ouvert’:

dissipation impulsive de l’énergie transmise par l’interaction avec le vent solaire.

‘Jupiter like’

Importance des processus internes:

Sources internes de plasma + rotation rapide = apport constant d’énergie dans le système.

Formes particulières de relaxation ?

‘Apports internes d’énergie’ ne signifie pas que les effets ‘vent solaire’ sont sans importance. Les effets du vent solaire existent à Jupiter (Desch Barrow, 84, Prangé et al, 04, Galopeau and Boudjada, 05)mais l’énergie dissippée est (serait ?) d’origine interne.

Différence fondamentale avec le cas terrestre Saturne serait entre les deux.

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A) Les différentesformesd’activités.

Exemplerécentd’analyse : Response of Jupiter's and Saturn's auroral activity to the solar wind, J. T. Clarke et al, JGR 2010

- Conclusion nettesur le rôle du déclenchementexterne à Saturne.

- Beaucoup moinsclair à Jupiter: Puissance des auroresaugmentesystématiquement à l’arrivée de chocsinterplanétaires MAIS, ilexisteauroralaussi un systèmed’aurorecotématin qui s’active en absence de perturbations solaires.

The data are consistent with some solar wind influence on some Jovian auroral processes, while the auroral activity also varies independently of the solar wind.

Sample UV images of Jupiter's aurorae with quiet and disturbed conditions during February–March 2007 and May-June 2007. Use of New Horizon data

Meudon, Mars 2011

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Total auroral power from Jupiter's compared with propagated solar wind velocity and dynamic pressure in February–March 2007 during the New Horizons flyby, and May-June 2007

six solar wind forward shocks and three reverse shocks -> auroral power increased during all of the forward shocks, while the reverse shocks showed no auroralbrightenings.

Dawn storms observed on DOY 69 and 149 occurred when there were no clear solar wind event.

-> Jupiter's auroral activity may increase at times of solar wind forward shocks and dawn storms may occur independently of the solar wind velocity and pressure perturbations.

Idée de 2 types d’activités ‘variables’, mais ne pas oublierque le systèmedissipe en permanence de l’énergie (avec activitéauroralepermanente…)

Meudon, Mars 2011

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Quellesseraient les différentesformesd’activité à Jupiter ? Quelles manifestations ?

A) Analogue Terrestre:

Plasma sheet dynamics in the Jovian magnetotial: signatures for substorm-like processes ? Woch et al, GRL, 1999

Description d’une phase active vuelocalement par Galileo, loin dans la queue magnétique (~100 Rj).

On retrouve la phénoménologie des sous-oragesterrestres.

Loading phase, disruptions, signatures dipolaires, particulesénergétiques avec anisotropie et dispersion, signatures aurorales (d’après la radio)…

Meudon, Mars 2011

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B) Un autre type d’activité: les évènements’ quasi-périodiques’

->Une part de la dissipation serait liée à des ‘évènements énergétiques’: perturbations régulières de grande échelle de la magnétosphère[Louarnet al, 98, 00, 01, Krupp et al, 98, Woch et al, 98].

Observations radio des évènements, lien avec des injections périodiques vues dans le disque ‘lointain’.

Louarn et al 98, Krupp et al 98

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Réalitécomplexe: l’existence des ‘évènements’ n’est pas permanente.

De longuespériodescalmes.

Temporal monitoring of Jupiter's auroral activity with IUE during the Galileo mission. Implications for magnetospheric processes , Prangé et al, 2001, PSS

The recurrence time we derive is thus significantly longer, ranging from 4–5 to 8–10 days. The reported radio events appear bursty, and are compared to terrestrial substorms, with sudden onsets and slower decreases (a few Jovian rotations for the radio bursts)

FUV auroral activity builds up more slowly, and that a couple of days may be necessary to reach the maximum.

Meudon, Mars 2011

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Etateffectivement variable: (1) l’existenced’uneactivitépériodiquen’est pas permanente, (2) On peuttrouver des periodescalmeslongues (> 10-15 jours), sans trace particulièred’activationmagnétosphérique. On auraitalorsunedissipation continue d’énergie.

A study of the jovian ‘energetic magnetospheric events’ observed by Galileo: role in the radial plasma transport., Louarn et al, JGR, 2000

Orbite G8

Orbite G7

Meudon, Mars 2011

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Remarque: le comportementtemporel ne dit pas tout d’un processus. La terreestégalement capable d’uneactivitépériodique

Comparison of periodic substorms at Jupiter and Earth, Kronberg et al, JGR, 2008

Comparison of magnetic field and protion flux during the periodic magnetosphericsubstorms at Jupiter with 10-h; and at Earth, right

CONCLUSION: on aurait 3 types d’activité: 1) un fond continu de dissipation, 2) des processusrecurrents, localisésplutôtcotématin, 3) des analogues de sous-orages, parfoistrès loin dans la queue.

Meudon, Mars 2011

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(B) Un peu plus dans le détail des processus ‘quasi-périodiques’

Suivi de l’évolution de la densité et de la quantité de matièredans le disque

(Louarn et al, 2000)

Evolution de la structure du disque

(profils en densitéobtenustoutes les 10 h)

Evolution de la densité (min et max).

(coupes toutes les 10 h)

Les évènements correspondent à un brusque apport de matière et unedécroissance progressive -> suggère des phases de transport radial augmenté

Meudon, Mars 2011

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Processus qui modifientégalement la composition du plasma dans le disque: Energetic ion composition during reconfiguration events in the Jovian magnetotail, Radiotti et al, JGR, 2007

S/O, S/He, O/He, and p/He ion abundance ratios (from top to bottom) at 39, 68, 89, and 185 keV/nuc G2 orbit.

S/O, S/He, and O/He ratios along the reconfiguration events show (1) sporadic peak increases and (2) average enhancement of up to one order of magnitude compared with the ratio during quiet time

Quasiperiodic Modulation of the Energetic Ion Composition. Periodicity linked to the quasiperiodic 3-day transition between the two states of the Jovian magnetotail: thick plasma sheet and hard energy spectra /thin plasma sheet and softer energy spectra.

Also: example of 2.5- to 3-day periodicities in the energetic particle intensities and energy spectra along a section of the C10 orbit where no reconfiguration events are observed (1997 day 262 to 275)

->Process that affect the whole magnetosphere

Meudon, Mars 2011

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Vision des processusdans la magnétosphère interne: A multi-instrument study of a jovianmagnetospheric disturbance, Louarn et al, JGR, 2001

Vueglobale de l’évènement.

Radio (auroral, nKom), flux de particulesénergétiques, fluctuations magnétiques

‘Pic’ d’activité. Fluctuations magnétiques, possiblementcorrélées à des augmentations de flux radio et de flux de particulesénergétiques

Meudon, Mars 2011

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Uneorganisation possible en fonction de la longitude SLS3, Louarn et al, JGR, 2001

Idée d’uneactivitépériodique qui se produitsurquelquesheuresdansunerégionlimitée en longitude. Injecte des populations de particuleslocalisées en espace -> impliqueuneorganisation en longitude des injections

Meudon, Mars 2011

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(C) Des idées de modélisation

Une vision ‘pré-MHD’

Numerical simulation of torus-driven plasma transport in the jovian magnetosphere, Yang et al, JGR, 1994

Evolution quasi-statique du tore de plasma.

Convection associée au système de courant associés à la rotation et aux mouvementsradiaux du plasma. Importance des conductivitésionosphériques.

Formation de structures radialespeuétendues en longitude.

Meudon, Mars 2011

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Simulations MHD.

Configuration and dynamics of the Jovian magnetosphere, Fukazawa et al, JGR, 2005

Effets de variations de l’IMFsur le plasma en rotation. Idée de signatures et d’évolutionsdifférentessuivantl’endroitoù se déclenchel’activité (où se fait la reconnection):

Reconnection lointaine: ‘reconnected’ flux expulsésur la magnétopause ‘soir’

Reconnection intermédiaire: ‘reconnected’ flux entrainé en rotation, comportementpériodique possible

Reconnection proche: reconnected’ flux entrainé en rotation maisexpulsésur le cotématin.

Meudon, Mars 2011

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Io peutaussidictersaloi… variabilité de son activité

Relationship between Jovian hectometric attenuation

lanes and Io volcanic activity

Menietti, Gurnett 2001

Io activitymonitored for a number of years [Spencer et al., 1997].

The data were taken using the NASA InfraredTelescopeFacility (IRTF) on MaunaKea and

Perkins 72" telescope at Lowell Observatory.

Travail un peu compliqué associé à la visibilité des lignes d’atténuation vue dans les émissions hectométriques (incidence rasante sur le tube de flux de Io)

Non conclusif mais une tentative de relier des variations d’activité au volcanisme de Io.

Meudon, Mars 2011

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CONCLUSIONS

Semble exister au moins 3 formes de dissipation. Quels sont les facteurs qui les régissent ?

Point essentiel est dans la mesure de la variation d’énergie de rotation du disque. One peut pas avancer sans mesures précises des différentes populations dans le disque..

Importance des mesures associées (vent solaire, système auroral, activité volcanique de Io)

Quand même très très peu de travaux sur le détail physique des processus: un effort conceptuel est necessaire pour avancer dans le domaine, hors MHD ….(plasmas sans collision)

Meudon, Mars 2011