Modélisation de l'interaction du vent solaire, ou du plasma Kronien, avec les environnements neutres de Mars et de Titan

par Ronan Modolo

Thèse de doctorat en Physique des plasmas. Planétologie

Sous la direction de Gérard M. Chanteur.

Soutenue en 2004

à Versailles-St Quentin en Yvelines .


  • Résumé

    Le champ magnétique de Mars est trop faible et trop lacunaire pour empêcher le vent solaire de s'approcher de l'atmosphère de la planète. L'exosphère, la partie haute de l'atmosphère, se trouve donc partiellement ionisée par les photons solaires, par les électrons du vent solaire et par les réactions d'échanges de charge entre les protons du vent solaire et les atomes neutres planétaires qui produisent des ions planétaires de faible énergie et des atomes neutres énergétiques (acronyme anglais ENA), modifiant ainsi la composition du plasma au voisinage de la planète. Ces processus affectent l'écoulement du vent du solaire auquel ils prennent de l'énergie et de la quantité de mouvement pour accélérer les ions nouvellement créés tout en augmentant la masse volumique du vent solaire. L'interaction entre le vent solaire et l'exosphère de Mars est suffisamment forte pour modifier l'échappement atmosphérique des constituants les plus légers et peut ainsi influer sur l'évolution chimique de l'atmosphère, en particulier sur son contenu en eau. Titan, le plus gros satellite de Saturne, est non magnétisé et possède une atmosphère dense : comme pour Mars, c'est la haute atmosphère et l'ionosphère du satellite qui font obstacle à l'écoulement du plasma incident. C'est un cas unique dans le système solaire par la diversité des plasmas avec lesquels il interagit en se trouvant tantôt dans la magnétosphère, tantôt dans la magnétogaine de Saturne, voire même dans le vent solaire à 12h temps local de Saturne. L'interaction du satellite avec le plasma incident dépend fortement de sa phase orbitale, qui détermine l'angle entre les directions d'arrivée du plasma incident et les photons solaires. Les 46 survols de Titan par la sonde Cassini ont été déterminés pour explorer un grand nombre de configurations afin de caractériser au mieux le voisinage du satellite. Dans le cadre de mon travail de thèse j'ai développé un modèle global tridimensionnel permettant d'étudier les interactions entre le rayonnement solaire, un plasma incident et l'environnement neutre d'un objet non magnétisé doté d'une atmosphère. Ce modèle permet de caractériser l'environnement ionisé de l'objet et de quantifier l'échappement atmosphérique. Des versions de ce modèle adaptées à Mars et à Titan doivent contribuer à l'interprétation des observations des sondes spatiales.

  • Titre traduit

    Modelisation of the solar wind, or the Kronian plasma, interaction with neutral environment of Mars and Titan


  • Résumé

    The magnetic field of Mars is too weak to stop the solar wind flow; the high atmosphere and the ionosphere of the planet interact directly with the solar wind. The exosphere is partially ionized by solar photons, solar wind electrons, and by charge exchanges between solar wind protons and planetary neutral atoms leading to the creation of energetic neutral atoms (ENA) and cold planetary ions. These processes modify the plasma composition near the planet and participate to the mass loading of the solar wind. The interaction is strong enough to alter the atmospheric escape and can inluence the chemical evolution of the atmosphere and particularly its water content. Titan, the biggest moon of Saturn, does not possess a strong magnetic field but a dense atmosphere: similarly to Mars, the ionosphere and the atmosphere of the planet obstruct the incident plasma. Titan is a unique case in the Solar system by the diversity of the incident plasma encounters, either in the magnetosphere of Saturn, or in the magnetosheath or even in the solar wind near 12h Saturn local time. The interaction of Titan with the incident plasma depends upon its orbital phase, which determines the angle between the incoming directions of solar photons and incident plasma. The 46 flybys of Titan by Cassini have been planned to explore these various configurations in order to characterize the nearest environment of the moon. In my thesis I have developped a global three-dimensionnal model allowing to study the interaction between solar EUV, incident plasma and neutral environment of a weak or nonmagnetized body. This model allows to characterize the ionized environment of the body and quantify the atmospheric escape. Specialised versions developed for Mars and Titan can contribute to the interpretation of spacecraft observations (Mars-Express, Cassini).

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Informations

  • Détails : 166 p.
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : 155 réf. Bibliogr. p. 159-166

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  • Bibliothèque : Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines. Direction des Bibliothèques et de l'Information Scientifique et Technique-DBIST. Bibliothèque universitaire Sciences et techniques.
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