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| SPAT0028-2 | Magnétosphères et aurores planétaires
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| Durée : | 20h Th, 10h Pr |
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| Crédits/ECTS : |
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| Titulaire(s) : | Denis Grodent |
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| Langue : | Langue française |
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| Aperçu général : | Les aurores polaires ne sont pas l'apanage de la Terre. Elles apparaissent également sur les autres planètes et d'autres objets de notre système solaire, voire d'autres systèmes planétaires. Ces émissions fantomatiques sont la manifestation la plus impressionnante de l'interaction permanente entre les planètes et leur environnement spatial. Dans la plupart des cas, cette interaction résulte du couplage Soleil-Magnétosphère-Ionosphère. D'autres types de couplage existent et sont tout aussi efficaces pour produire des aurores.
Nous explorerons le système solaire à la recherche de ces couplages. |
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| Objectif du cours : | Plan préliminaire
1. Magnétosphères
Deux ingrédients sont nécessaires pour former une magnétosphère : il faut un champ magnétique et un flux de plasma.
1.1. Champ magnétique
On considère trois types de champs magnétiques planétaires : intrinsèque, induit et rémanent. Nous expliquerons les origines de ces champs (notamment l'effet de dynamo) pour les différents objets du système solaire.
1.2. Flux de plasma
1.2.1. Le plus évident est le vent solaire. Nous décrirons l'origine de ce plasma solaire et ses caractéristiques (champ magnétique interplanétaire, principe du champ gelé, activité solaire en fonction du cycle, CME, CIR, ...)
1.2.2. On considérera aussi des flux de plasma locaux, comme le tore de plasma d'Io autour de Jupiter et nous décrirons l'origine du plasma magnétosphérique.
1.3. Mouvements de particules chargées dans un champ électromagnétique planétaire
Nous réintroduirons les notions d'équations de Maxwell et de magnétohydrodynamique qui permettront d'expliquer les mouvements des particules piégées dans le champ magnétique planétaire. Nous introduirons aussi l'importante notion de reconnexion magnétique.
1.4. Propriétés des magnétosphères
Les magnétosphères ont à peu près toutes la même structure. Nous définirons ainsi les notions telles que magnétopause, magnétogaine, plasmasphère, magnétodisque, ainsi que les différents courants électriques qui circulent dans ces régions.
1.5. Description détaillée et comparaison des magnétosphères
Nous effectuerons une analyse comparative des 'magnétosphères' de Mercure, Vénus, Terre, Mars, Jupiter, Saturne, Uranus, Neptune, des comètes, des pulsars avec leurs points communs et leurs différences.
2. Couplage Soleil-Magnétosphère-Ionosphère (SMI)
2.1. Atmosphères et ionosphères planétaires
Principalement Terre, Jupiter et Saturne.
2.2. Couplage S-M
Cycle de Dungey, convection magnétosphérique, reconnexions.
2.3. Couplage M-I
2.3.1. Courants alignés
2.3.2. Cycle de Vasyliunas, corotation, processus de Hill
2.3.3. Interaction avec les satellites, Io, Ganymède, Europe, Titan, Encelade, ...
2.4. Couplage S-M-I
2.4.1. Cycles magnétosphériques, contrôle interne et externe de la dynamique des magnétosphères.
2.4.2. Orages et sous-orages magnétiques, formation de bulles de plasma
3. Aurores polaires
3.1. Interactions particules-atmosphère
3.1.1. Approximation à 2 faisceaux, méthode CSDA, ...
3.1.2. Photochimie aurorale
3.1.3. Chauffage auroral
3.2. Observation des aurores
3.2.1. Eléments de spectroscopie
3.2.2. Emissions aurorales dans les domaines radio, IR, Visible, UV, RX
3.2.3. Rapport de couleur et sondage atmosphérique
3.2.4. Observations depuis le sol : VLT, IRTF, Radiotélescope de Nançay, ...
3.2.5. Observations depuis l'espace : HST, IMAGE, XMM, CXO, ...
3.2.6. Observations in situ : Voyager, Ulysses, Gallileo, Cassini, Vex, Mex, JUNO
4. Perspectives et nouvelles missions spatiales
Notre laboratoire est impliqué dans une série de projets spatiaux tels que JUNO et EJSM ... Nous les utiliserons pour illustrer les perspectives d'études dans le domaine. |
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| Pré-requis : | Une coordination sera nécessaire pour accorder le contenu de ce cours avec ceux des cours « L'environnement magnétique terrestre » et les cours obligatoires « Atmosphères terrestre et planétaires » et « Physique des plasmas ». Ce cours repose principalement sur les connaissances acquises dans le domaine au sein du LPAP. |
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| Travaux pratiques : | 1. Problèmes et Travaux pratiques
Un travail individuel ou de groupe sera demandé. Il sera présenté individuellement pendant l'examen oral. |
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| Notes de cours : | Des copies des présentations faites aux cours ainsi que de chapitres de livres de référence seront distribuées. |
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| Evaluation : | Examen oral incluant la présentation du travail personnel (ou de groupe) et des questions générales portant sur le cours. |
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| Contacts : | Denis GRODENT -PhD- Chercheur Qualifié du F.R.S. - FNRS
LPAP - Université de Liège - B5c
Institut d'Astrophysique et de Géophysique
Allée du 6 Août, 17, B-4000 LIEGE, Belgium
phone: +32 4 366 9773 fax: +32 4 366 9711
d.grodent@ulg.ac.be
http://www.ago.ulg.ac.be/Sci/plane_e.php (http://www.ago.ulg.ac.be/Sci/plane_e.php" target="_blank) |
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