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Transfert d’énergie, discontinuités et chauffage du vent solaire : une approche locale

Le vent solaire est un plasma hautement turbulent pour lequel le taux moyen de transfert d’énergie ε a été mesuré depuis longtemps en utilisant la loi exacte de Politano-Pouquet (PP98). Cependant, cette loi suppose une homogénéité statistique qui peut être violée par la présence de discontinuités. Ici, nous introduisons une nouvelle méthode basée sur la dissipation inertielle (DI) qui peut être considérée comme une formulation locale de la loi PP98. Cette formulation est basée sur le lissage des champs avec une certaine fonction test. La largeur de cette dernière permet de sonder les différentes échelles spatiales σ du plasma et donc de quantifier comment l’énergie se propage à travers celles-ci à un instant donné (cf. Figure 1).

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Figure 1
Schéma du processus de filtrage. La couleur reflète l’intensité du lissage.

Nous avons utilisé cette approche pour estimer le taux de transfert d’énergie local à l’échelle σ à partir des données de THEMIS-B et de Parker Solar Probe (PSP) prises dans le vent solaire à différentes distances héliosphériques. Notre étude révèle que les discontinuités à proximité du Soleil conduisent à un fort transfert d’énergie qui affecte une large gamme d’échelles σ. Nous observons également que les switchback (définis comme des changements de signe soudains de la composante radiale du champ magnétique et associées à de fortes variations de l’écoulement radial du plasma) semblent être caractérisé par un comportement singulier avec un transfert d’énergie variant comme σ-3/4, ce qui diffère légèrement des discontinuités classiques caractérisées par une échelle σ-1 (cf. Figure 2). Une comparaison entre les mesures de ε et de DI montre qu’en général, le second est significativement plus grand que le premier.

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Figure 2
Intervalle d’une heure de PSP comportant des switchbacks. Du haut vers le bas : composantes de la vitesse, composantes du champ magnétique, densité des protons, module de DI (à différents instants - voir aussi les lignes grises verticales dans les trois premiers panneaux et les lignes blanches pointillées dans le dernier) en fonction de l’échelle σ, module de DI sur tout l’intervalle en fonction de l’échelle σ (rouge) et module du taux moyen de cascade d’énergie en fonction de τ (bleu) et finalement une carte 3D du module de DI où la couleur est proportionnelle à l’intensité du module de DI.

Voir en ligne : Vincent DAVID, Sébastien GALTIER, Fouad SAHRAOUI, Lina Z. HADID, 2022, Energy Transfer, Discontinuities, and Heating in the Inner Heliosphere Measured with a Weak and Local Formulation of the Politano–Pouquet Law, ApJ 927 200

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