Le chaudron de la sorci�re, plat du jour : la magn�tosph�re

Les ingr�dients essentiels

• Une plan�te ayant un champ magn�tique intrins�que. Ce champ magn�tique est g�n�r� par des processus internes � la plan�te. Ces champ varient tr�s lentement (� l'�chelle de quelques milliers d'ann�es). C'est le cas de la Terre, mais aussi de Mercure, Jupiter, Saturne, Neptune et Uranus. C'est aussi le cas de certains satellites de Jupiter. Cela pourrait �tre le cas de certaines exoplan�tes (plan�tes d�couvertes -r�cemment- hors du syst�me solaire). Mais jusqu'� pr�sent, on n'a pas identifi� de champ magn�tique li� aux exoplan�tes (une telle identification, � l'aide d'observations de leurs �missions radio demeure possible).
• Un vent stellaire baignant ces plan�tes. C'est le cas pour toutes les plan�tes du syst�me solaire, qui baignent dans le vent solaire. Ce n'est pas le cas des satellites magn�tis�s de Jupiter, qui sont dans dans la magn�tosph�re Jovienne, et donc isol�s du vent solaire. De nombreuses �toiles �mettent un vent. En particulier les �toiles jeunes et magn�tis�es �mettent un vent puissant. Le Soleil dans sa belle jeunesse, du temps de la formation des plan�tes, �mettait un vent incomparablement plus fort que le vent actuel. Certains astronomes sugg�rent que c'est m�me ce vent tr�s fort qui aurait chass� l'enveloppe gazeuze des plan�tes proches (devenues les plan�tes telluriques), alors que les plan�tes plus lointaines (Jupiter...Neptune) auraient pu la garder, le vent perdant de son intensit� � ces distances.

Pr�paration

Effets possibles

• D�formation importante du champ magn�tique autour de la plan�te L'interaction entre le vent solaire et le champ magn�tique de la plan�te va modifier profond�ment la configuration du champ magn�tique externe de la plan�te. D'abord, celui-ci va cesser de s'�tendre jusqu'� "l'infini", il va �tre confin�, d�limit� par une fronti�re qu'on appelle la magn�topause.
• Cr�ation d'un bouclier contre le vent solaire La magn�topause emp�che assez bien le passage du vent solaire. Ainsi, la plan�te ne recevra pas directement le vent solaire, celui-ci s'�coulera le long de la magn�topause. Une petite partie du vent solaire parvient quand m�me � p�n�trer dans la magn�tosph�re, elle y suit des chemins assez compliqu�s.
• Chauffage et acc�l�ration du plasma La mati�re contenue dans la magn�topause est un plasma (mati�re compos�e d'ions et d'�lectrons) tr�s peu dense (plus vide que le plus vide des vides que l'on sache produire en laboratoire), tr�s chaud (jusqu'� des millions de degr�s). Bien qu'il soit tr�s chaud, les processus physiques en oeuvre dans la magn�tosph�re permettent de chauffer encore le plasma, et de l'acc�l�rer � des �nergies de plusieurs milliers d'�lectron Volts (acc�l�ration que subirait le plasma si il �tait soumis � un champ �lectrique de plusieurs milliers de Volts).
• Turbulences Les magn�tosph�res sont des r�gions turbulentes, rien n'y est jamais parfaitement ordonn�, tout bouge, tout vibre. Ce n'est pas le chaos, mais c'est tr�s remuant. Parfois (toutes les trois heures environ pour la Terre), il y a des reconfigurations globales et assez violentes qui englobent presque la totalit� de la magn�tosph�re. Dans le cas de la Terre, on appelle cela des sous-orages magn�tiques.
• Aurores polaires La seule manifestation visible de l'activit� des magn�tosph�re est constitu�e par les aurores polaires (aurores bor�ales au Nord, aurores australes au Sud). On observe des aurores sur la Terre, sur Jupiter, Saturne, Uranus, et Neptune.

Ajouts et Condiments

• Une atmosph�re autour de la plan�te. La Terre, Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune ont une atmosph�re. Dans ce cas, le plasma de la magn�tosph�re a deux origines : une partie provenant du vent solaire, et une autre, �chapp�e de l'atmosph�re. La composition du plasma venant du vent solaire : des ions hydrog�ne H+, et des noyaux d'helium (moins de 2%). La composition du plasma �chapp� de l'atmosph�re est variable. Dans le cas de la Terre, ce sont surtout des ions hydrog�ne (H+), oxyg�ne (O+), et des traces d'ions h�lium (H+). Mercure n'a pas d'atmosph�re, sinon une atmosph�re t�nue et instable obtenue par sublimation des roches sous la forte chaleur du Soleil (qui est tr�s proche). La magn�tosph�re de Mercure est mal connue. Une mission spatiale en projet (Beppi Colombo, mission de l'ESA) devrait permettre de mieux la connaitre.
• Une plan�te en rotation rapide Quand la plan�te tourne rapidement, le plasma de la magn�tosph�re dans sa partie la plus proche de la plan�te est entrain� par cette rotation, par un effet de couplage d� au champ magn�tique. On parle alors de plasma en corotation. Dans le cas de la Terre, la zone de plasma en corotation est assez peu �tendue et n'a pas d'effet tr�s important sur la dynamique d'ensemble de la magn�tosph�re. Par contre, le cas de Jupiter est diff�rent : c'est une grosse plan�te, avec un champ magn�tique tr�s fort, et qui tourne vite (en 10 heures). La zone de plasma en corotation occupe une portion significative de la magn�tosph�re. On pense m�me qu'elle induit une configuration de la magn�tosph�re qui est instable, et qui provoque donc de temps � autres, une reconfiguration brutale de la magn�tosph�re Jovienne comme le font les sous-orage dans la magn�tosph�re terrestre. Dans le cas de la Terre, le moteur de ces reconfiguration est le vent solaire, dans le cas jovien (ou le vent solaire est faible) le moteur serait la rotation propre de la plan�te.
• Un champ magn�tique dont l'axe de sym�trie est tr�s �cart� de l'axe de rotation C'est le cas de la plan�te Uranus, ou les deux axes sont presque perpendiculaires. La cons�quence est une tr�s forte d�pendance saisoni�re de la magn�tosph�re d'Uranus : � certain moments, les cornets polaires sont plut�t perpendiculaires au vent solaire (� peu pr�s comme pour la Terre), et le vent solaire p�n�tre difficilement. A d'autres moments, les cornets polaires sont face au vent solaire, et celui-ci doit pouvoir s'engouffrer massivement.
• Des satellites ayant une atmosph�re orbitant dans la magn�tosph�re. C'est le cas de la plan�te Jupiter, pour laquelle les satellites Galill�ens sont inclus dans la magn�tosph�re. Io, le satellite le plus proche de la plan�te, a un volcanisme intense qui lib�re des quantites importantes d'oxydes de souffre. Une partie de l'atmosph�re de Io s'�chappe et se retrouve dans la magn�tosph�re jovienne. Il s'en suit une train�e de gaz (SO2 principalement), qui devient ionis�, et qui se prom�ne le long de l'orbite de Io. On appelle cette r�gion de tore d'Io. L'environnement d'Io (dont l'atmosph�re externe est ionis�e) interagit avec la magn�tosph�re de Jupiter. Les lignes de champ magn�tique qui passent au voisinage de Io, sont le si�ge de ph�nom�nes d'acc�l�ration du plasma, et � l'intersection de ces lignes de champ avec Jupiter, on peut observer des aurores assez brillantes.
  La Lune traverse de temps � autres la magn�tosph�re terrestre, mais interagit peu avec elle, car la Lune n'a ni atmosph�re, ni champ magn�tique.

Jupiter vu au Hubble space telescope (telescope spatial). La photographie principale est en lumi�re visible. Les deux images superpos�es sont en Ultra Violet. On y voit des aurores. On remarque, autour de chaque pole, un grand "cercle auroral". Pour des latitudes plus faibles, au voisinage de ces cercles, il y a deux petites aurores. Leur position correspond au lignes de champ magn�tique qui passent au voisinage du satellite Io de Jupiter. Ces petites aurores sont le produit de l'interaction entre Io et la magn�tosph�re de Jupiter.