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P. Louarn (IRAP) Discussion de quelques aspects spécifiques de lactivité magnétosphérique de Jupiter Uniquement laspect global, effets dinteractions binaires.

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1 P. Louarn (IRAP) Discussion de quelques aspects spécifiques de lactivité magnétosphérique de Jupiter Uniquement laspect global, effets dinteractions binaires (Io/Jupiter,) non discutés ACTIVITE MAGNETOSPHERIQUE DE JUPITER Jupiter: Exemple type dune classe dactivités magnétosphériques Distinction classique Earth like Système ouvert: dissipation impulsive de lénergie transmise par linteraction avec le vent solaire. Jupiter like Importance des processus internes: Sources internes de plasma + rotation rapide = apport constant dénergie dans le système. Formes particulières de relaxation ? Apports internes dénergie 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 lénergie dissippée est (serait ?) dorigine interne. Différence fondamentale avec le cas terrestre Saturne serait entre les deux.

2 A) Les différentes formes dactivités. Exemple récent danalyse : Response of Jupiter's and Saturn's auroral activity to the solar wind, J. T. Clarke et al, JGR Conclusion nette sur le rôle du déclenchement externe à Saturne. - Beaucoup moins clair à Jupiter: Puissance des aurores augmente systématiquement à larrivée de chocs interplanétaires MAIS, il existe auroral aussi un système daurore coté matin qui sactive 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 Use of New Horizon data Meudon, Mars 2011

3 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 Meudon, Mars 2011 six solar wind forward shocks and three reverse shocks -> auroral power increased during all of the forward shocks, while the reverse shocks showed no auroral brightenings. 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 dactivités variables, mais ne pas oublier que le système dissipe en permanence de lénergie (avec activité aurorale permanente…)

4 A) Analogue Terrestre: Plasma sheet dynamics in the Jovian magnetotial: signatures for substorm-like processes ? Woch et al, GRL, 1999 Description dune phase active vue localement par Galileo, loin dans la queue magnétique (~100 Rj). On retrouve la phénoménologie des sous- orages terrestres. Loading phase, disruptions, signatures dipolaires, particules énergétiques avec anisotropie et dispersion, signatures aurorales (daprès la radio)… Meudon, Mars 2011 Quelles seraient les différentes formes dactivité à Jupiter ? Quelles manifestations ?

5 B) Un autre type dactivité: les évènements quasi-périodiques -> Une part de la dissipation serait liée à des évènements énergétiques: perturbations régulières de grande échelle de la magnétosphère [Louarn et 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

6 Réalité complexe: lexistence des évènements nest pas permanente. De longues périodes calmes. 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

7 Etat effectivement variable: (1) lexistence dune activité périodique nest pas permanente, (2) On peut trouver des periodes calmes longues (> jours), sans trace particulière dactivation magnétosphérique. On aurait alors une dissipation continue dénergie. A study of the jovian energetic magnetospheric events observed by Galileo: role in the radial plasma transport., Louarn et al, JGR, 2000 Meudon, Mars 2011 Orbite G7 Orbite G8

8 Comparison of magnetic field and protion flux during the periodic magnetospheric substorms at Jupiter with 10-h; and at Earth, right CONCLUSION: on aurait 3 types dactivité: 1) un fond continu de dissipation, 2) des processus recurrents, localisés plutôt coté matin, 3) des analogues de sous-orages, parfois très loin dans la queue. Meudon, Mars 2011 Remarque: le comportement temporel ne dit pas tout dun processus. La terre est également capable dune activité périodique Comparison of periodic substorms at Jupiter and Earth, Kronberg et al, JGR, 2008

9 (B) Un peu plus dans le détail des processus quasi-périodiques Suivi de lévolution de la densité et de la quantité de matière dans le disque (Louarn et al, 2000) Meudon, Mars 2011 Evolution de la structure du disque (profils en densité obtenus toutes 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 une décroissance progressive -> suggère des phases de transport radial augmenté

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

11 Vision des processus dans la magnétosphère interne : A multi-instrument study of a jovian magnetospheric disturbance, Louarn et al, JGR, 2001 Meudon, Mars 2011 Vue globale de lévènement. Radio (auroral, nKom), flux de particules énergétiques, fluctuations magnétiques Pic dactivité. Fluctuations magnétiques, possiblement corrélées à des augmentations de flux radio et de flux de particules énergétiques

12 Une organisation possible en fonction de la longitude SLS3, Louarn et al, JGR, 2001 Meudon, Mars 2011 Idée dune activité périodique qui se produit sur quelques heures dans une région limitée en longitude. Injecte des populations de particules localisées en espace -> implique une organisation en longitude des injections

13 (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 Meudon, Mars 2011 Evolution quasi-statique du tore de plasma. Convection associée au système de courant associés à la rotation et aux mouvements radiaux du plasma. Importance des conductivités ionosphériques. Formation de structures radiales peu étendues en longitude.

14 Simulations MHD. Configuration and dynamics of the Jovian magnetosphere, Fukazawa et al, JGR, 2005 Effets de variations de lIMF sur le plasma en rotation. Idée de signatures et dévolutions différentes suivant lendroit où se déclenche lactivité (où se fait la reconnection): Reconnection lointaine: reconnected flux expulsé sur la magnétopause soir Reconnection intermédiaire: reconnected flux entrainé en rotation, comportement périodique possible Reconnection proche: reconnected flux entrainé en rotation mais expulsé sur le coté matin. Meudon, Mars 2011

15 Io activity monitored for a number of years [Spencer et al., 1997]. The data were taken using the NASA Infrared Telescope Facility (IRTF) on Mauna Kea and Perkins 72" telescope at Lowell Observatory. Travail un peu compliqué associé à la visibilité des lignes datténuation vue dans les émissions hectométriques (incidence rasante sur le tube de flux de Io) Non conclusif mais une tentative de relier des variations dactivité au volcanisme de Io. Meudon, Mars 2011 Io peut aussi dicter sa loi… variabilité de son activité Relationship between Jovian hectometric attenuation lanes and Io volcanic activity Menietti, Gurnett 2001

16 1) Semble exister au moins 3 formes de dissipation. Quels sont les facteurs qui les régissent ? 2)Point essentiel est dans la mesure de la variation dénergie de rotation du disque. One peut pas avancer sans mesures précises des différentes populations dans le disque.. 3)Importance des mesures associées (vent solaire, système auroral, activité volcanique de Io) 4)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 CONCLUSIONS


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