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Comment définir une mission magnétosphérique Post Cluster ambitieuse (2017) ? Quelles questions scientifiques ? Quelle peut être la mission qui réponde.

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1 Comment définir une mission magnétosphérique Post Cluster ambitieuse (2017) ? Quelles questions scientifiques ? Quelle peut être la mission qui réponde à ces questions ? Quel peut être son cadre de réalisation ? Une base qui est celle de lapproche Cluster… en essayant de se projetter à lhorizon 2015 – 2020 ! Paris 2005 CrossScale W.Baumjohann, L. Blomberg, R. Bruno, P. Canu, M. Fujimoto, K.H.Glassmeier, T. Horbury, H.Koskinnen, P. Louarn, R. Nakamura, T. Pulkinnen, A. Roux, C. Owen, J.A Sauvaud, S. Schwartz, A. Vaivads …

2 Paris – 2005 Apport de CLUSTER: des OUTILS NOVATEURS multi-satellites V Cas mince: orientation, vitesse, épaisseur Cas épais: organisation et dynamique interne La vision GEOMETRIQUE des phénomènes Détermination des opérateurs différentiels: rot(B) -> J, (B.grad) (B), grad(P) (Dynamique plasma et particules) Etude des corrélations (Analyse des fluctuations, turbulence) Analyse 3D des structures La vision PHYSIQUE des processus

3 V Estimation de lépaisseur du choc Echelles de dissipation (les chocs) Magnetic effect: V sw / c Electrostatic effect: c/ pi Mach number Détermination dune échelle pour les transformations irréversibles dénergie. Bale et al, 2002 Reconfiguration 3D du champ magnétique Comment la reconnexion (et la dissipation) permet la formation de structures 3D. Paris 2005

4 De quoi est fait la turbulence ? Mise en évidence directe dune filamentation dondes dAlfvèn. Lien avec des modèles bi-fluide (Alexandrova et al, 2002 Laveder et al) Identification de modes cyclotroniques (6f ci,7f ci ) Spectre « turbulent » dominé par des modes « linéaires », Possibilité dinterprétation dans le cadre de la turbulence faible (Sahraoui et al., 2003).

5 Paris 2005 Oscillations: km (MHD) Flapping km (Ions ?) Reconfiguration magnétique: mise en évidence de multiples aspects Identification des modes dynamiques dominants Description de leur structure, sur 4-6 ordres déchelles, de léchelle électronique à léchelle globale. x Reconnexion km (Electron scale) y Aspect global 10 6 km

6 Paris 2005 Pour résumer: Pour la première fois, nous identifions et quantifions, de qq 100 km a qq km, les modes dynamiques des plasmas naturels. Ceci, en lien étroit avec les processus de dissipation et de conversion dénergie. Une étape essentielle de létude de ces milieux. Le multi-satellite est une obligation… W k Energies des modes Dissipation Injection une évolution complexe Processus généraux dans les plasmas spatiaux et astrophysiques Dépend de la nature de lobjet considéré Plasma sans collision: à des échelles différentes correspondent des processus et des équations différentes Analyse CLUSTER Scale

7 Paris 2005 WkWk Scale (k, ) Cluster: une identification des principaux modes aux échelles ioniques. Coupling ? Les futures missions … Thémis (2006). Un objectif: les sous-orages et une échelle globale MMS (2013): une plongée vers les échelles de dissipationélectronique, un objectif: la reconnexion Une logique qui reste celle de Cluster… Une échelle à un moment donné

8 B Current 2 traversées par Cluster V (1) Calme et situation stable (2) Couche active Instabilité explosive J (rot B) Structure magnétique déterminée par la dynamique électronique structure ionique classique Instabilité magnétique liée à une évolution radicale inter- échelle Transition rapide entre une structure ionique à une structure électronique. Un processus clef des instabilités explosives ? Paris 2005 Est-ce suffisant ? Un exemple de transfert entre échelles

9 Paris 2005 Lidentification et la caractérisation des modes dynamiques ne peuvent suffire… Quels processus énergétiques accompagnent la mise sous contrainte dune couche de courant ? La reconnexion magnétique est-elle la seule issue possible ? Si oui, est-elle systématiquement initiée aux échelles électroniques? Comment se determine la topologie magnétique post-reconnection ? Comment seffectue laccélération, le chauffage, la génération dondes ? Si non, quels peuvent être les processus de dissipation aux échelles intermédiaires ? La réponse dépend-elle de lenvironnement global de la couche ? Quels sont les rôles respectifs de la dynamique des ions, des électrons, des effets fluides ? … Dans un choc, comment lorganisation microscopique du champ électrique, liée à la dynamique électronique, détermine les processus de réflection, de transmission et de thermalisation des ions ? Réciproquement comment la structure électrostatique globale, liée à la dynamique ionique, influence le mouvement électronique ? Comment se fait la répartition énergétique chauffage/accélération/ondes ? Quelle est la spécificité des interactions discontinuités/chocs ? Quelles sont les processus qui régissent les cascades non linéaires ? Quelles sont les structures non linéaires créées ? Peut-on quantifier les processus dinteraction en turbulence faible ? Quelles sont les relations entre turbulence et accélération ? Des questions qui se ramènent à la même problématique: - Liens entre lorganisation macroscopique et les processus microscopiques…et de leur effets sur les transferts énergétiques (chauffage, accélération, rayonnements) (des structures multi-échelles aux transferts énergétiques) Lapproche multi-échelle devrait être la prochaine étape.

10 CrossScale : une hierarchie de configurations satellitaires 3D. - 4 points (Cluster) -> 1 échelle (50 km) - 7 points - > 2 échelles ( km) - 10 points -> 3 échelles (5000 km) Orbite équatoriale ? Re x 25 Re Un bel exercice: comment concevoir une telle mission (10-12 satellites) avec un lancement unique type Soyouz, une répartition de payload qui permette latteinte des objectifs, un maximum de commonalité, un minimum dopération…Etre prêt pour le prochain appel à mission ESA Idée dune association avec SCOPE (JAXA) > Collaboration inter-agence Paris 2005 T1 (l1) T2 (l2) T3 (l3)

11 Une mission qui sélabore dans le cadre dune coopération Europe/Japon : Paris 2005 CrossScale Un groupe de réflexion: W.Baumjohann, L. Blomberg, R. Bruno, P. Canu, M. Fujimoto, K.H.Glassmeier, T. Horbury, H.Koskinnen, P. Louarn, R. Nakamura, T. Pulkinnen, A. Roux, C. Owen, J.A Sauvaud, S. Schwartz, A. Vaivads … Un concept général partagé et globalement défini. Reste à prouver la faisabilité, en adéquation avec des objectifs ambitieux.


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