Magnétosphère de Jupiter - Définition
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Interaction avec les anneaux et les lunes
La vaste magnétosphère de Jupiter enveloppe son système d'anneaux et les orbites des quatre satellites galiléens. Orbitant à proximité de l'équateur magnétique, ces corps célestes servent de sources et de puits au plasma magnétosphérique, tandis que les particules énergétiques de la magnétosphère altèrent leur surface. Les particules crépitent hors du matériau de surface et créent des modifications chimiques par radiolyse. Le plasma en co-rotation avec la planète favorise les interactions avec les hémisphères de fuite des lunes, provoquant des asymétries hémisphériques notables. En outre, les larges champs magnétiques des lunes contribuent au champ magnétique jovien.
À proximité de Jupiter, les anneaux de la planète et les petites lunes absorbent les particules de haute énergie des ceintures de radiations (énergie autour de 10 keV). Cela crée des lacunes importantes dans la répartition spatiale de la ceinture et cela se répercute sur le rayonnement synchrotron décimétrique. En fait, l'hypothèse de l'existence d'anneaux autour de Jupiter a d'abord été émise sur la base de données de la sonde Pioneer 11 qui a détecté une forte baisse du nombre d'ions de haute énergie à proximité de la planète. Le champ magnétique planétaire influe fortement sur le mouvement des anneaux de particules de taille inférieure au micromètre qui acquièrent une charge électrique sous l'influence du rayonnement ultraviolet solaire. Leur comportement est similaire à celui des ions co-rotatifs. L'interaction de résonance entre les particules en co-rotation et le mouvement orbital du halo est considéré comme responsable de la création de l'anneau intérieur de Jupiter (situé entre 1,4 et 1,71 Rj) qui est composé des particules sub-micrométriques sur une orbite hautement inclinée et excentrée. Les particules proviennent de l'anneau principal. Cependant, quand on dérive vers Jupiter, l'orbite des anneaux est modifiée par la forte résonance de Lorentz 3:2 située à 1,71 Rj, ce qui augmente leur inclination et les excentricités. Une autre résonance de Lorentz 2:1 à 1,4 Rj définit la borne inférieure du halo.
Toutes les lunes galiléennes ont une atmosphère ténue avec une pression en surface dans un intervalle de 0,01 à 1 bar. Celle-ci supporte à son tour une ionosphère avec une densité électronique dans l'intervalle de 1 000 à 10 000 cm-3. Le flux du plasma magnétosphérique froid en co-rotation est partiellement dévié autour des lunes par les courants induits dans leurs ionosphères, créant des structures en forme de coin connues sous le nom d'ailes d'Alfvén. L'interaction des larges lunes avec le flux en co-rotation est similaire à l'interaction entre le vent solaire et les planètes dépourvues de champ magnétique, comme Venus, bien que la vitesse de co-rotation soit usuellement subsonique (les vitesses varient de 74 à 328 km/s), ce qui prévient la formation d'une onde de choc. Sous la pression continue du plasma en co-rotation, des nappes de gaz sont arrachées de l'atmosphère des lunes (particulièrement sur celle de Io) et certains de ces atomes sont ionisés et entrent en co-rotation. Ce processus crée des gaz et un tore de plasma dans le sillage des lunes, le tore ionien étant le plus proéminent. En effet, les satellites galiléens (essentiellement Io) servent de principales sources de plasma dans les magnétosphères interne et moyenne de Jupiter. Cependant, les particules énergétiques sont largement épargnées par les ailes d'Alfvén et ont librement accès à la surface des lunes (à l'exception de Ganymède).
Les lunes galiléennes de glace, Europe, Ganymède et Callisto, créent toutes un moment magnétique en réponse aux changements dans le champ magnétique de Jupiter. Ces différents moments dipolaires magnétiques créent autour d'eux des champs magnétiques qui agissent pour compenser les changements dans le champ ambiant. L'induction est censée prendre place dans les couches souterraines d'eaux salées qui sont susceptibles d'exister dans l'ensemble des grandes lunes glacées de Jupiter. Ces océans souterrains peuvent potentiellement abriter la vie et les preuves de leur présence étaient l'une des plus importantes découvertes faites dans les années 1990 par un engin spatial.
L'interaction de la magnétosphère de Jupiter avec Ganymède, qui a un moment magnétique intrinsèque, se distingue de son interaction avec les lunes non magnétisées. Le champ magnétique interne de Ganymède creuse une cavité dans la magnétosphère de Jupiter avec un diamètre d'environ deux fois le diamètre de Ganymède, créant une mini-magnétosphère au sein de la magnétosphère de Jupiter. Le champ magnétique de Ganymède détourne le flux de plasma en co-rotation autour de sa magnétosphère. Il protège également des particules énergétiques les régions équatoriales de la lune, où les lignes de champ sont fermées. Ce dernier peut tout de même atteindre librement les pôles de Ganymède, où les lignes de champ sont ouvertes. Certaines de ces particules énergétiques sont piégées près de l'équateur de Ganymède, créant ainsi des mini-ceintures de radiations. Les électrons énergétiques entrant dans sa mince atmosphère sont responsables des aurores polaires ganymèdiennes observées. Les particules chargées ont une considérable influence sur les propriétés de surface des lunes galiléennes. Le plasma provenant de Io transporte les ions de soufre et de sodium loin de la planète, où ils sont implantés, préférentiellement, sur les hémisphères de fuite d'Europe et de Ganymède. Sur Callisto toutefois, pour des raisons inconnues, le soufre est concentré sur l'hémisphère avant. Le plasma peut également être responsable du noircissement des hémisphères de fuite des lunes (encore une fois, à l'exception de Callisto). Les électrons et les ions énergétiques, le flux de ces derniers étant plus isotrope, bombardent la surface de glace et pulvérisent des atomes et des molécules en provoquant des radiolyses des molécules d'eau et d'autres composés chimiques. Les particules énergétiques rompent l'eau en oxygène et hydrogène et maintiennent une mince atmosphère d'oxygène sur ces lunes glacées (l'hydrogène s'échappe plus rapidement). Les composés produits par radiolyse à la surface des satellites galiléens incluent également de l'ozone et de l'eau oxygénée. Si les carbonates sont présents, du dioxyde de carbone, du méthanol et de l'acide carbonique peuvent également être produits. La présence de sulfures, notamment avec des produits tels que du dioxyde de soufre, du disulfure d'hydrogène et de l'acide sulfurique, est également possible. Les oxydants produits par radiolyse, tels que l'oxygène et l'ozone, peuvent être capturés à l'intérieur des glaces et transportés en profondeur, vers les océans souterrains, sur des intervalles de temps géologiques, fournissant ainsi une source d'énergie possible pour la vie.
