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Les satellites MMS de la NASA découvrent un nouveau processus de reconnexion magnétique associé à la turbulence dans les plasmas

Dans un article récemment paru dans le journal Nature, des scientifiques dont un chercheur de l'IRAP (Université Paul Sabatier de Toulouse & CNRS) ont découvert un nouveau type de processus magnétique, associant étroitement reconnexion magnétique et turbulence, en étudiant les données de la mission spatiale Magnetospheric MultiScale (MMS) de la NASA.

Figure ci-dessus : Illustration de l’entrelacement des lignes de champ magnétique dans un milieu turbulent. La création de fines couches de courant déclenche la reconnexion magnétique sur de petites échelles (zone les plus colorées), libérant l’énergie magnétique accumulée en créant deux jets d’électrons en directions opposées. Un film illustratif peut être obtenu aux liens donnés par ailleurs (ci-dessous). Credits: NASA’s Goddard Space Flight Center's Conceptual Image Lab/Lisa Poje; Simulations par: Colby Haggerty (Université de Chicago), Ashley Michini (Université de Pennsylvanie), Tulasi Parashar (Université de Delaware).

La reconnexion magnétique est un des processus les plus importants dans l’espace proche de la Terre, rempli de particules chargées (appelé plasma). Ce processus fondamental dissipe l’énergie magnétique et accélère les particules, au travers d’une reconfiguration explosive du champ magnétique dans le milieu. L’importance de ce processus provient de sa prédominance dans l’ensemble des plasmas astrophysiques, de l’environnement terrestre proche jusqu’aux galaxies, et en passant par la Soleil bien sûr. La reconnexion magnétique est également un des processus clés dans l’optique d’une compréhension et d’une modélisation fidèle des relations Soleil-Terre, dans un but ultime de prévision en météorologie de l’espace.

La découverte présentée dans cet article démontre l’importance de la reconnexion magnétique à des échelles jusque-là inaccessibles, à savoir l’échelle électronique dans un plasma turbulent. Comme le disent les auteurs principaux de l’article dans leurs interventions auprès des médias, cette étude montre également une connexion inattendue entre la reconnexion magnétique et la turbulence, un second processus fondamental dans les plasmas astrophysiques.

Bien que la reconnexion magnétique ait été observée à de nombreuses reprises, l’évènement étudié ici à lieu dans la magnétogaine, une zone de compression du vent solaire extrêmement turbulente juste à l’extérieur de la magnétosphère terrestre. Jusque-là les scientifiques ne savaient pas si la reconnexion magnétique pouvait s’y développer lorsque cette région est très turbulente. MMS l’a démontré, et ce à des échelles qu’aucune autre mission n’aurait pu sonder.

Contrairement à la reconnexion magnétique « standard », pour laquelle des jets de plasmas sont observés sur de grandes échelles (milliers de km), la reconnexion « turbulente » mise en exergue dans cette étude éjecte des jets d’électrons ayant des épaisseurs de l’ordre de quelques kilomètres. L’évidence la plus irréfutable provient de l’observation, par deux satellites MMS distincts, de jets d’électrons en sens opposés provenant d’un site de reconnexion situé entre eux. De plus, seuls des jets de petites échelles sont observés lors de cet évènement, suggérant que la nature turbulente de la magnétogaine ne permet pas le développement de jets aux grandes échelles. Ces observations ont des implications fortes pour tous les plasmas astrophysiques dans lesquelles la reconnexion magnétique et la turbulence sont à l’œuvre, et potentiellement associés.

A propos de la mission MMS

La mission MMS de la NASA comprend quatre satellites en configuration tétraédrique, dans la lignée de la mission Cluster de l’ESA, mais avec des distances inter-satellites très petites (10 km à comparer à ~100-1000 km pour Cluster) afin d’étudier le processus de reconnexion magnétique aux échelles électroniques. Grâce à une orbite équatoriale elliptique de 1,2 x 12 rayons terrestres, MMS cible les régions clés de la magnétosphère terrestre où le processus se produit, à savoir en premier lieu la magnétopause côté jour et la couche de plasma du côté nuit, mais donc aussi la magnétogaine comme dans le cas de cette étude.

L’IRAP a contribué à la mission MMS à travers la provision, le test et l’étalonnage de l’ensemble des détecteurs à micro-canaux (32 pour les modèles de vol) pour les instruments de mesure des ions (DIS : « Dual Ion Sensors ») faisant partie de la suite instrumentale FPI (« Fast Plasma Investigation »).

Ressources complémentaires

Contacts IRAP

  • Benoit Lavraud, blavraud@irap.omp.eu
  • Autres chercheurs de l'IRAP impliqués dans la mission MMS : Jean-André Sauvaud, Iannis Dandouras, Sid Fadanelli, Gabriel Fruit, Vincent Génot, Christian Jacquey, Issaad Kacem, Philippe Louarn, Aurélie Marchaudon, Emmanuel Penou, Yoann Vernisse.
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