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 Jupiter: Exemple type d’une classe d’activités magnétosphériques Distinction classique ‘Earth like’ 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.

A) Les différentes formes d’activités. Exemple récent d’analyse : Response of Jupiter's and Saturn's auroral activity to the solar wind, J. T. Clarke et al, JGR 2010 - Conclusion nette sur le rôle du déclenchement externe à Saturne. - Beaucoup moins clair à Jupiter: Puissance des aurores augmente systématiquement à l’arrivée de chocs interplanétaires MAIS, il existe auroral aussi un système d’aurore coté matin 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

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 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 d’activités ‘variables’, mais ne pas oublier que le système dissipe en permanence de l’énergie (avec activité aurorale permanente…) Meudon, Mars 2011

Quelles seraient les différentes formes d’activité à Jupiter Quelles seraient les différentes formes d’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 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 (d’après la radio)… Meudon, Mars 2011

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 [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

Réalité complexe: l’existence des ‘évènements’ n’est 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

Etat effectivement variable: (1) l’existence d’une activité périodique n’est pas permanente, (2) On peut trouver des periodes calmes longues (> 10-15 jours), sans trace particulière d’activation magnétosphérique. On aurait alors une dissipation 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

Remarque: le comportement temporel ne dit pas tout d’un processus Remarque: le comportement temporel ne dit pas tout d’un processus. La terre est également capable d’une activité périodique Comparison of periodic substorms at Jupiter and Earth, Kronberg et al, JGR, 2008 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 d’activité: 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

(B) Un peu plus dans le détail des processus ‘quasi-périodiques’ Suivi de l’évolution de la densité et de la quantité de matière dans le disque (Louarn et al, 2000) 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 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 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

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

Une organisation possible en fonction de la longitude SLS3, Louarn et al, JGR, 2001 Idée d’une 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 Meudon, Mars 2011

Evolution quasi-statique du tore de plasma. (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 mouvements radiaux du plasma. Importance des conductivités ionosphériques. Formation de structures radiales peu étendues en longitude. Meudon, Mars 2011

Simulations MHD. Configuration and dynamics of the Jovian magnetosphere, Fukazawa et al, JGR, 2005 Effets de variations de l’IMF sur le plasma en rotation. Idée de signatures et d’évolutions différentes suivant l’endroit où se déclenche l’activité (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

Io peut aussi dicter sa loi… variabilité de son activité Relationship between Jovian hectometric attenuation lanes and Io volcanic activity Menietti, Gurnett 2001 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 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

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