Planetary magnetospheres and aurorae

Durée

20h Th, 10h Pr

Nombre de crédits

Enseignant

Denis Grodent

Langue(s) de l'unité d'enseignement

Langue anglaise

Organisation et évaluation

Enseignement au deuxième quadrimestre

Horaire

Horaire en ligne

Unités d'enseignement prérequises et corequises

Les unités prérequises ou corequises sont présentées au sein de chaque programme

Contenus de l'unité d'enseignement

Magnetosphères et aurores planétaires
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.

Acquis d'apprentissage (objectifs d'apprentissage) de l'unité d'enseignement

Liste de sujets abordés pendant le cours
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. Missions spatiales Notre laboratoire est impliqué dans une série de missions spatiales telles que JUNO, JUICE et Cassini ainsi que les observatoires spatiaux tels que HST ... Ces exemples serviront à décrire les différentes étapes et les ingredients d'une mission spatiale planétaire.

Savoirs et compétences prérequis

Corequis : SPAT0055 (ou SPAT0048)
(Il pourrait être utile de suivre les cours SPAT0001, SPAT0029)
 

Activités d'apprentissage prévues et méthodes d'enseignement

Problèmes et Travaux pratiques Un travail individuel ou de groupe sera demandé. Il sera présenté individuellement pendant l'examen oral. Plusieurs activités sont possibles. Elles peuvent être liées à l'expérience de la Planeterrella ou à l'observation des aurores radio de Jupiter.
http://lpap.ulg.ac.be/cms/c_3478754/fr/lpap-planeterrella
 

Mode d'enseignement (présentiel ; enseignement à distance)

Présentiel, présentation de planches power point.

Lectures recommandées ou obligatoires et notes de cours

Les présentations power point (actualisées en cours d'année) ainsi que des copies de chapitres d'ouvrages de référence sont téléchargeables sur MyULg.

Modalités d'évaluation et critères

Examen oral incluant la présentation du travail personnel (ou de groupe) et des questions générales portant sur le cours.

Stage(s)

Remarques organisationnelles

La présence au cours est fortemenet recommandée.

Contacts

Prof Denis Grodent d.grodent@uliege.be
Laboratoire de Physique Atmosphérique et Planétaire
Space sciences, Technologies and Astrophysics Research (STAR) Institute
Université de Liège Institut d'Astrophysique et de Géophysique Quartier AGORA (B5c) Allée du Six Août, 19C  B-4000 Liège, Belgium
phone: +32 4 366 9773 http://www.lpap.uliege.be

Notes en ligne