Introduction N. André Atelier exploration radio, plasma et UV des Institut de Recherche en Astrophysique et en Planétologie, IRAP, Toulouse, France nicolas.andre@cesr.fr Atelier exploration radio, plasma et UV des magnétosphères de Jupiter de de Ganymède Meudon, France, 14-15 Mars 2011

La magnétosphère de Jupiter La magnétosphère de tous les extrêmes Un disque magnétisé en rotation Un accélérateur de particules gigantesque Une grande diversité d’interactions Satellites-magnétosphère Io Europe Ganymède Callisto situés très à l’intérieur du système magnétosphérique

Satellites Galiléens

La magnétosphère de tous les extrêmes Jupiter is 11 times the diameter of Earth (1400 times the volume) Jupiter’s magnetic moment is 20,000 times > than Earth’s (opposite polarity) Jupiter’s auroras are about 100-1000 times more powerful than Earth’s Jupiter’s magnetotail extends beyond Saturn ‘s orbit

Magnétosphères des planètes géantes Bagenal, 2010 Terre Jupiter Saturne Bm (G) 0.31 4.28 0.22 R (km) 6378 71492 60268 T (h) 23.93 9.92 10.66 RMP 11 Re 90 Rj 20 Rs Magnétosphères en rotation rapide (pulsar) Mini systèmes solaires (systèmes binaires) Contexte exoplanètes

Une magnétosphère en rotation rapide Brice and Ioannidis, 1974 CONSEQUENCE: Les lunes de Jupiter orbitent très à l’intérieur de la magnétosphère, dans les régions dominées par la corotation du plasma autour de Jupiter

Une magnétosphère en rotation rapide Arridge, 2008

Source de plasma Interne à Jupiter Activité volcanique à Io (Voyager) 1 ton/s La densité locale augmente vers l’intérieur du système

Io’s Volcanoes & Geysers Pilan Plume Prometheus Pilan 5 months apart Pele InfraRed

Le tore de Io à Jupiter Cassini UVIS

Interactions multiphases Échange de charge Cassini MIMI/INCA Gas neutre Échange de charge Atome Energétique Neutre (ENA) Particule énergétique Cassini MIMI/INCA

Magnétosphères en rotation rapide Plasma pickup Vinj = Vcorotation - Vmoon Vmoon 10 km/s Vcorotation 35 km/s 1) Une fois créé, le plasma est piégé par le champ magnétique et entraîné en rotation 2) Centrifugation du plasma & étirement des lignes de champ création d’un disque mince magnétisé demi-échelle de hauteur (1-2 Rj) 3) D’une création locale au voisinage de ses sources à la redistribution globale observée (transport)

Solar Wind Driven Convection Rotation + Outflow EARTH Solar Wind Driven Convection Solar Wind Taken from Fran Bagenal

Un disque magnétisé en rotation

Magnétosphères comparées Taken from Fran Bagenal

Accélérateur de particules gigantesques Dans la magnétosphère interne • Trapped relativistic electrons (at energies of 10s of MeV) form Jupiter’s Van Allen belts within a few radii of the planet • These electrons emit synchrotron radiation at decimetric (10s of cm) radio wavelengths as they spiral around and bounce from north to south along magnetic field lines • Jupiter is the only planet that emits synchrotron radiation, although it is often seen elsewhere in the universe

Couplage ionosphère/magnétosphère Un circuit électrique fermé (Christophe Peymirat, cas Terrestre) à l’aide de données/outils astronomiques (Equipe CDPP + MAPSKP Etienne Pallier) Info ‘globale’, multi-longueur d’ondes sur l’activité de la magnétosphère … Transfert via courants alignés Magnetopause MP Emissions Polaires Hautes latitudes Oval auroral Moyennes latitudes Couplages lunes-magnétosphère Emissions aurorales de Jupiter Emissions aurorales de Saturne HST

A giant particle accelerator

Champ magnétique induit A moon sees a changing magnetic field as Jupiter’s tilted magnetosphere rotates Electrical currents induced in a electrically conducting layer produce a magnetic perturbation - observed by Galileo Observed magnetic field perturbations imply water layers in Callisto and Europa, possibly Ganymede Depth and thickness of water layer not uniquely determined Contexte astrobiologique Taken from F. Bagenal

Surface Aurores Aurora on Ganymede Trailing Side = Upstream HST observations of oxygen emissions McGrath (2002) Trailing Side = Upstream Leading Side = Downstream Energetic Particles Aurora on Ganymede Khurana, 2007 Surface Aurores

La magnétosphère de Jupiter La magnétosphère de tous les extrêmes Un disque magnétisé en rotation Un accélérateur de particules gigantesque Une grande diversité d’interactions Satellites-magnétosphère Io Europe Ganymède Callisto situés très à l’intérieur du système magnétosphérique