Modélisation de la magnétosphère terrestre en laboratoire

Image du plasma entraîné par laser se dilatant dans le champ magnétique dipolaire. Les mesures du champ magnétique montrant l’emplacement de la magnétopause sont superposées. Crédit : Derek Schaeffer

Une magnétosphère se forme autour de tout objet magnétisé, comme une planète, qui est immergé dans un flux de gaz ionisé, appelé plasma. Parce que la Terre possède un champ magnétique intrinsèque, la planète est entourée d’une grande magnétosphère qui s’étend dans l’espace, bloque les rayons cosmiques mortels et les particules du soleil et des étoiles, et permet à la vie elle-même d’exister.

Dans Physique des plasmasdes scientifiques de Princeton, UCLA, et de l’Instituto Superior Técnico, Portugal, rapportent une méthode pour étudier en laboratoire des magnétosphères plus petites, parfois de quelques millimètres d’épaisseur.

Ces mini-magnétosphères ont été observées autour des comètes et à proximité de certaines régions de la lune et ont été suggérées pour propulser des engins spatiaux. Ce sont de bons bancs d’essai pour étudier de plus grandes magnétosphères de la taille d’une planète.

Des expériences antérieures en laboratoire ont été réalisées à l’aide de souffleries à plasma ou de lasers à haute énergie pour créer des mini-magnétosphères. Cependant, ces expériences antérieures étaient limitées à des mesures 1D de champs magnétiques qui ne capturent pas le comportement 3D complet que les scientifiques doivent comprendre.

“Pour surmonter ces limitations, nous avons développé une nouvelle plate-forme expérimentale pour étudier les mini-magnétosphères sur le Large Plasma Device (LAPD) à l’UCLA”, a déclaré l’auteur Derek Schaeffer.

Cette plate-forme combine le champ magnétique du LAPD avec un plasma rapide piloté par laser et un aimant dipolaire piloté par le courant.







Simulation d’un plasma piloté par laser se dilatant dans un champ magnétique dipolaire. 1 crédit

Le champ magnétique LAPD fournit un modèle du champ magnétique interplanétaire du système solaire, tandis que le plasma piloté par laser modélise le vent solaire et l’aimant dipolaire fournit un modèle du champ magnétique inhérent à la Terre. Les sondes motorisées permettent des balayages du système en trois dimensions en combinant les données de dizaines de milliers de tirs laser.

L’un des avantages de l’utilisation de cette configuration est que le champ magnétique et d’autres paramètres peuvent être soigneusement modifiés et contrôlés.

Si l’aimant dipôle est éteint, tous les signes d’une magnétosphère disparaissent. Lorsque le champ magnétique du dipôle est activé, une magnétopause peut être détectée, preuve clé de la formation d’une magnétosphère.

Une magnétopause est l’endroit de la magnétosphère où la pression du champ magnétique planétaire est exactement équilibrée par le vent solaire. Les expériences ont révélé qu’à mesure que le champ magnétique dipolaire augmente, la magnétopause devient plus grande et plus forte.

L’effet sur la magnétopause a été prédit par des simulations informatiques, qui ont été réalisées par les chercheurs pour mieux comprendre et valider leurs résultats expérimentaux. Ces simulations guideront également les expériences futures, y compris les études utilisant une cathode récemment installée sur le LAPD.

“La nouvelle cathode permettra des flux de plasma plus rapides, ce qui nous permettra d’étudier les chocs d’arc observés autour de nombreuses planètes”, a déclaré Schaeffer.

D’autres expériences étudieront la reconnexion magnétique, un processus important dans la magnétosphère terrestre dans lequel les champs magnétiques s’annihilent pour libérer une énorme énergie.


Ondulations dans l’étang de reconnexion du champ magnétique


Plus d’information:
Magnétosphères à échelle ionique pilotées par laser dans des plasmas de laboratoire. I. Plateforme expérimentale et premiers résultats, Physique des plasmas (2022). aip.scitation.org/doi/full/10.1063/5.0084353

Fourni par l’Institut américain de physique

Devis: Modélisation de la magnétosphère terrestre en laboratoire (12 avril 2022) récupéré le 13 avril 2022 sur https://phys.org/news/2022-04-earth-magnetosphere-laboratory.html

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