Thèse soutenue

Propriétés du vent solaire à grande échelle par Parker Solar Probe et interaction entre le choc et le pré-choc terrestre
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Auteur / Autrice : Mingzhe Liu
Direction : Karine Issautier
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Astronomie et Astrophysique
Date : Soutenance le 06/12/2022
Etablissement(s) : Université Paris sciences et lettres
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Astronomie et astrophysique d'Île-de-France (Meudon, Hauts-de-Seine ; 1992-....)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'études spatiales et d'instrumentation en astrophysique (Meudon, Hauts-de-Seine ; 2002-....)
établissement opérateur d'inscription : Observatoire de Paris (1667-....)
Jury : Président / Présidente : Philippe Savoini
Examinateurs / Examinatrices : Karine Issautier, Viviane Pierrard, Benoît Lavraud, Marc Pulupa, Yannis Zouganelis
Rapporteurs / Rapporteuses : Viviane Pierrard, Benoît Lavraud

Résumé

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Le transport d’énergie dans la couronne et le vent solaires, qui n'est pas complètement compris, joue un rôle clé dans le chauffage de la couronne et l'accélération du vent. En raison de leur faible masse par rapport aux ions, les électrons dominent l'expansion thermique du vent solaire. Pour dériver leurs propriétés, la technique du bruit quasi-thermique (QTN) est un outil fiable : elle permet d'obtenir des mesures précises des paramètres des électrons dans le vent solaire, en particulier la densité électronique totale, sans aucun étalonnage. La technique QTN permet donc des vérifications croisées en routine pour les détecteurs de particules traditionnels. La sonde solaire Parker Solar Probe (PSP), en cours d'exploitation, dont les distances héliocentriques des périhélies de l'orbite passent de 35.7 rayons solaires (Rs) à 9.86 Rs en l'espace de cinq ans, offre une opportunité inédite d'examiner les propriétés du vent solaire au plus près du Soleil. Tout d'abord, en utilisant les paramètres des électrons obtenus par la technique simplifiée du QTN et les paramètres des protons déduits des "coupes" de Faraday, nous avons étudié le flux d'énergie du vent solaire aussi près du Soleil que 27.8 Rs. Nous avons obtenu une valeur moyenne du flux d'énergie similaire aux résultats précédents basés sur des observations à long terme à de plus grandes distances et à diverses latitudes, ce qui confirme que cette quantité apparaît comme une constante solaire globale. De plus, les distributions normalisées du flux d'énergie sont presque symétriques et bien ajustées par des gaussiennes, ce qui implique des interactions limitées entre le vent solaire et les structures transitoires du plasma dans l'héliosphère interne. Ensuite, nous avons examiné l'évolution radiale de la température totale des électrons (Te), déduite de la technique du QTN en utilisant la partie haute fréquence des spectres radio, avec la distance héliocentrique variant d'environ 13 à 60 Rs. Nous obtenons que Te décroît avec la distance comme ~R^{-0.66}, qui est une variation beaucoup plus lente qu'un comportement adiabatique. La température Te, basée sur les observations PSP, est cohérente avec la prédiction du modèle de vent solaire exosphérique extrapolé à 10 Rs, ainsi qu'aux observations Helios à 0.3 UA et aux observations de Wind à 1 UA, respectivement. De plus, lorsque le vent solaire est plus lent (ou dans un tube de flux avec un flux de masse plus important), les profils radiaux de Te sont plus raides. Une anticorrélation plus prononcée de Vp-Te est observée lorsque le vent solaire est plus lent et plus proche du Soleil. En complément, nous avons créé une base de données de spectres affectés par les ondes de Langmuir et/ou les émissions électromagnétiques, qui peut être utilisée pour une analyse plus approfondie et sera aussi utile pour un ajustement en routine sur la totalité du spectre QTN dans le vent solaire.En plus des propriétés du vent solaire, nous avons étudié un choc interplanétaire (IP) quasi-perpendiculaire supercritique, interagissant avec le pré-choc terrestre. De nouvelles caractéristiques sur les activités des ondes et la dynamique des particules, résultant de l'interaction choc-foreshock, ont été identifiées: (1) Des sursauts d’ondes de Langmuir intenses sont détectées en aval du choc IP, ce qui coïncide avec le fait que les faisceaux d'électrons pénétrant dans le pré-choc terrestre sont accélérés parallèlement au champ magnétique vers l'aval. (2) Le choc IP interagit avec les ondes/fluctuations d’Alfvén en amont, et est associé à un faiseau d’ions réfléchis en giration, d’intensité atypique par rapport à d'autres événements présentant des paramètres de choc similaires. Ces résultats soulèvent des questions et nécessitent des études supplémentaires concernant l'accélération des particules (par exemple par des whistlers précurseurs) et l'interaction choc-ondes d'Alfvén.