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Ondulations à la surface du choc terrestre lorsque le vent solaire souffle à forts nombres de Mach

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Le Soleil émet en permanence des particules chargées, principalement des protons et des électrons, qui se propagent dans l’espace interplanétaire à des vitesses surper-magnétosoniques : c’est le vent solaire. En raison de sa vitesse élevée, son interaction avec le champ magnétique terrestre engendre devant la planète une onde de choc, traditionnellement appelée "choc d’étrave". Le choc d’étrave a la forme d’un gigantesque parapluie paraboloïde qui joue le rôle important de bouclier en déviant et en empêchant la pénétration directe des particules énergétiques solaires dans l’environnement terrestre.

Dans un article qui vient d’être publié dans le journal Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics, E. Cazzola, post-doctorant dans l’équipe plasmas spatiaux du LPP et ses collaborateurs ont simulé le choc d’étrave dans des conditions stationnaires en tenant compte de la présence d’un champ magnétique interplanétaire perpendiculaire à la direction du Soleil, et donc perpendiculaire au vent solaire incident. Alors que la surface du choc d’étrave est lisse pour des vents solaires lents, E. Cazzola et al. ont observé que des ondulations apparaissent à sa surface aux vitesses élevées de vent solaire. Ces ondulations sont allongées dans la direction perpendiculaire au champ magnétique interplanétaire et se propagent du nez du choc vers les flancs, comme le montre la figure.

Distribution du champ magnétique à la surface du choc d'étrave à l'état stationnaire

Différents processus peuvent être responsables de l’apparition et de la propagation d’ondes à petite ou grande échelle à la surface du choc. Grâce au formalisme hybride 3D adopté ici (les ions sont traités comme des particules individuelles, les électrons comme un fluide),E. Cazzola et al. ont suggéré qu’elles pourraient être causées par un mécanisme basé sur la dynamique des ions, appelé "reformation du choc". En bref, le choc d’étrave forme une barrière qui réfléchit une partie du flux incident. La direction du champ magnétique interplanétaire, tangent à la surface au niveau du nez, contribue à accumuler efficacement les particules réfléchies en amont du choc. Un nouveau choc commence ainsi à croître devant le précédent, avant d’être repoussé par le flot à sa position d’équilibre initiale. Ce mouvement cyclique de va-et-vient de la surface du choc d’étrave près de son nez initie une onde de surface qui se propage ensuite depuis le nez du choc le long de ses flancs.

Pour plus de détails :
Cazzola, E., Fontaine, D. et Savoini, P. (2023). On the 3D global dynamics of terrestrial bow-shock rippling in a quasi-perpendicular interaction with steady solar wind, Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics, 246, 106053,
https://doi.org/10.1016/j.jastp.2023.106053.

Contacts au LPP : Emanuele Cazzola, Dominique Fontaine et Philippe Savoini, équipe ‘plasmas spatiaux »

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