L'ionosphère du côté nuit de Mars dévoilée par les déplétions d'électrons suprathermiques

par Morgane Steckiewicz

Thèse de doctorat en Astrophysique, sciences de l'espace, planétologie

Sous la direction de Christian Mazelle, Nicolas André et de Philippe Garnier.

Soutenue le 26-09-2017

à Toulouse 3 , dans le cadre de École doctorale Sciences de l’univers, de l’environnement et de l’espace (Toulouse) , en partenariat avec Institut de recherche en astrophysique et planétologie (laboratoire) .


  • Résumé

    L'ionosphère du côté nuit de Mars reste encore à ce jour une zone mystérieuse et peu connue de l'environnement Martien. Les déplétions d'électrons suprathermiques sont des structures spécifiques à cette région, observées jusqu'à présent par trois satellites : Mars Global Surveyor (MGS), Mars EXpress (MEX) et Mars Atmosphere and Volatile EvolutioN (MAVEN). Leur étude permet aussi bien l'observation de la structure et de la dynamique de l'ionosphère du côté nuit que celle de l'atmosphère neutre, de la topologie magnétique martienne, ainsi que l'étude de l'échappement atmosphérique de Mars. Des structures aussi différentes que les cornets magnétiques, les couches de courants ou encore le terminateur ultra-violet peuvent être examinées à travers les déplétions d'électrons suprathermiques, de par les mécanismes à l'origine de leur présence du côté nuit de Mars. Le but principal de ma thèse a été de tirer parties des trois jeux de données offerts par les satellites MGS, MEX et MAVEN pour mieux comprendre les mécanismes à l'origine des déplétions d'électrons suprathermiques observées du côté nuit ainsi que leur impact sur la structure et la dynamique de l'ionosphère du côté nuit. Dans cette optique, trois critères simples adaptés à chaque mission ont été développés pour identifier les déplétions d'électrons suprathermiques dans une base de données allant de 1999 à 2017. Une étude statistique a révélé la présence d'une région de transition autour de 170 km d'altitude séparant la région collisionnelle dans laquelle les déplétions d'électrons suprathermiques sont directement dues à l'absorption des électrons par le CO_2 atmosphérique, et la région non-collisionnelle dans laquelle elles sont principalement dues aux boucles fermées de champs magnétique d'origine crustale. La compréhension de ces mécanismes m'a permis d'estimer la localisation du terminateur ultra-violet. Celui-ci est situé en moyenne ~120 km au-dessus du terminateur optique. Cette altitude varie entre le côté soir et le côté matin, et une variation saisonnière est prédite par les modèles atmosphériques.

  • Titre traduit

    The nightside ionosphere of Mars unveiled by suprathermal electron depletions


  • Résumé

    The nightside ionosphere of Mars still remains an unfamiliar and mysterious place. Nightside suprathermal electron depletions are specific features of this region which have been observed at Mars by three spacecraft to date: Mars Global Surveyor (MGS), Mars EXpress (MEX) and the Mars Atmosphere and Volatile EvolutioN (MAVEN) mission. Their study enables the observation of the nightside ionosphere structure and dynamics as well as the underlying neutral atmosphere, the specific Martian magnetic topology, and possible conduits for atmospheric escape. Structures as different as magnetic cusps, current sheets or the UV terminator can be investigated through suprathermal electron depletions, due to the processes leading to their observation on the nightside of Mars. The main goal of my PhD has been to use the complementarity of the three missions MGS, MEX, and MAVEN to understand the different mechanisms at the origin of suprathermal electron depletions and their implication on the structure and the dynamics of the nightside ionosphere. In this context, three simple criteria adapted to each mission have been implemented to identify suprathermal electron depletions from 1999 to 2017. A statistical study reveals a transition region near 170 km altitude separating the collisional region where suprathermal electron depletions are directly due to electron absorption by atmospheric CO_2 and the collisionless region where they are mainly due to electron exclusion by closed crustal magnetic field loops. Understanding of these phenomena enables me to estimate the location of the UV terminator. It appears to be located ~120 km above the optical terminator, though this location is different between the dawn and dusk terminator and is expected to vary throughout the different Martian seasons.


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