plan du cours 1.introduction: le problème du chauffage de la couronne solaire 2.dérivation...
TRANSCRIPT
![Page 1: Plan du cours 1.Introduction: le problème du chauffage de la couronne solaire 2.Dérivation microscopique: équation de Vlasov-Maxwell, hiérarchie fluide,](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062417/551d9d80497959293b8ba1f2/html5/thumbnails/1.jpg)
Plan du cours
1. Introduction: le problème du chauffage de la couronne solaire2. Dérivation microscopique: équation de Vlasov-Maxwell,
hiérarchie fluide, fermeture. 3. Dérivation macroscopique de la MHD et théorème du champ gelé4. Phénomènes collectifs5. Magnétohydrodynamique: ondes et chocs6. Equilibres MHD et instabilité de Parker 7. Aspects non-linéaires des ondes MHD 8. MHD solaire: dynamo9. Aspects cinétiques : résonances, effet Landau
![Page 2: Plan du cours 1.Introduction: le problème du chauffage de la couronne solaire 2.Dérivation microscopique: équation de Vlasov-Maxwell, hiérarchie fluide,](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062417/551d9d80497959293b8ba1f2/html5/thumbnails/2.jpg)
Quelques exemples de plasmas astrophysiques
• Atmosphère et intérieur solaire
• Couronne et vent solaire
• Magnetosphère terrestre
![Page 3: Plan du cours 1.Introduction: le problème du chauffage de la couronne solaire 2.Dérivation microscopique: équation de Vlasov-Maxwell, hiérarchie fluide,](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062417/551d9d80497959293b8ba1f2/html5/thumbnails/3.jpg)
Le soleil en rotation
![Page 4: Plan du cours 1.Introduction: le problème du chauffage de la couronne solaire 2.Dérivation microscopique: équation de Vlasov-Maxwell, hiérarchie fluide,](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062417/551d9d80497959293b8ba1f2/html5/thumbnails/4.jpg)
Boucles
TRACE
![Page 5: Plan du cours 1.Introduction: le problème du chauffage de la couronne solaire 2.Dérivation microscopique: équation de Vlasov-Maxwell, hiérarchie fluide,](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062417/551d9d80497959293b8ba1f2/html5/thumbnails/5.jpg)
![Page 6: Plan du cours 1.Introduction: le problème du chauffage de la couronne solaire 2.Dérivation microscopique: équation de Vlasov-Maxwell, hiérarchie fluide,](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062417/551d9d80497959293b8ba1f2/html5/thumbnails/6.jpg)
The visible solar corona
Eclipse 11.8.1999
![Page 7: Plan du cours 1.Introduction: le problème du chauffage de la couronne solaire 2.Dérivation microscopique: équation de Vlasov-Maxwell, hiérarchie fluide,](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062417/551d9d80497959293b8ba1f2/html5/thumbnails/7.jpg)
Note the helical structure of the prominence filaments!
Coronal mass ejection
Observation by LASCO-C2 on SOHO.
![Page 8: Plan du cours 1.Introduction: le problème du chauffage de la couronne solaire 2.Dérivation microscopique: équation de Vlasov-Maxwell, hiérarchie fluide,](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062417/551d9d80497959293b8ba1f2/html5/thumbnails/8.jpg)
Visualisation du vent solaire
![Page 9: Plan du cours 1.Introduction: le problème du chauffage de la couronne solaire 2.Dérivation microscopique: équation de Vlasov-Maxwell, hiérarchie fluide,](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062417/551d9d80497959293b8ba1f2/html5/thumbnails/9.jpg)
Polar diagram of solar wind
Woch, 2000
Ecliptic
SWICS
Ulysses
Near solar maximum:
Slow wind at - 65° !
![Page 10: Plan du cours 1.Introduction: le problème du chauffage de la couronne solaire 2.Dérivation microscopique: équation de Vlasov-Maxwell, hiérarchie fluide,](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062417/551d9d80497959293b8ba1f2/html5/thumbnails/10.jpg)
• At solar maximum the large polar coronal holes disappear and are replaced by smaller, generally short lived coronal holes at all latitudes. Ulysses observed fast and slow wind at all latitudes in the southern hemisphere.
![Page 11: Plan du cours 1.Introduction: le problème du chauffage de la couronne solaire 2.Dérivation microscopique: équation de Vlasov-Maxwell, hiérarchie fluide,](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062417/551d9d80497959293b8ba1f2/html5/thumbnails/11.jpg)
Densité et champ magnétique coronal
Banaszkiewicz et al., 1998;
Schwenn et al., 1997
LASCO C1/C2 images (SOHO)
Current sheet is a symmetric disc anchored at high latitudes !
Dipolar, quadrupolar, current sheet contributions
Polar field: B = 12 G
![Page 12: Plan du cours 1.Introduction: le problème du chauffage de la couronne solaire 2.Dérivation microscopique: équation de Vlasov-Maxwell, hiérarchie fluide,](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062417/551d9d80497959293b8ba1f2/html5/thumbnails/12.jpg)
Solar wind stream structure and heliospheric current sheet
Alfven, 1977
Parker, 1963
![Page 13: Plan du cours 1.Introduction: le problème du chauffage de la couronne solaire 2.Dérivation microscopique: équation de Vlasov-Maxwell, hiérarchie fluide,](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062417/551d9d80497959293b8ba1f2/html5/thumbnails/13.jpg)
Solar wind fast and slow streams
Marsch, 1991
Helios 1976
Alfvén waves and small-scale structures
![Page 14: Plan du cours 1.Introduction: le problème du chauffage de la couronne solaire 2.Dérivation microscopique: équation de Vlasov-Maxwell, hiérarchie fluide,](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062417/551d9d80497959293b8ba1f2/html5/thumbnails/14.jpg)
Alfvénic fluctuations (Ulysses)
Horbury & Tsurutani, 2001
![Page 15: Plan du cours 1.Introduction: le problème du chauffage de la couronne solaire 2.Dérivation microscopique: équation de Vlasov-Maxwell, hiérarchie fluide,](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062417/551d9d80497959293b8ba1f2/html5/thumbnails/15.jpg)
Schematic power spectrum of fluctuations
Log( frequency /Hz)Mangeney et al., 1991
(a) Alfvén waves (b) Slow and fast magnetosonic (c ) Ion-cyclotron (d) Whistler mode (e) Ion acoustic, Langmuir waves
![Page 16: Plan du cours 1.Introduction: le problème du chauffage de la couronne solaire 2.Dérivation microscopique: équation de Vlasov-Maxwell, hiérarchie fluide,](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062417/551d9d80497959293b8ba1f2/html5/thumbnails/16.jpg)
Structure de l‘héliosphère
• Basic plasma motions in the restframe of the Sun
• Principal surfaces (wavy lines indicate disturbances)
![Page 17: Plan du cours 1.Introduction: le problème du chauffage de la couronne solaire 2.Dérivation microscopique: équation de Vlasov-Maxwell, hiérarchie fluide,](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062417/551d9d80497959293b8ba1f2/html5/thumbnails/17.jpg)
Schematic topography of solar-terrestrial environment
solar wind -> magnetosphere -> iononosphere
![Page 18: Plan du cours 1.Introduction: le problème du chauffage de la couronne solaire 2.Dérivation microscopique: équation de Vlasov-Maxwell, hiérarchie fluide,](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062417/551d9d80497959293b8ba1f2/html5/thumbnails/18.jpg)
Viewing ionospheric plasmas, the Aurora University of Alaska
![Page 19: Plan du cours 1.Introduction: le problème du chauffage de la couronne solaire 2.Dérivation microscopique: équation de Vlasov-Maxwell, hiérarchie fluide,](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062417/551d9d80497959293b8ba1f2/html5/thumbnails/19.jpg)
Structure de la magnétosphère terrestre
La frontière entre le vent solaire subsonique (après le choc) et la cavité engendrée par le champ magnétique terrestre, la magnétosphère, est appelée la magnétopause. Le vent solaire compresse le champ coté jour et l‘étire sous forme de queue (magnetotail) coté nuit. Cette queue est concentrée dans la couche de plasma (plasma sheet) d‘épaisseur 10 RE. La plasmasphère (< 4 RE ) contient du plasma ionosphérique dense et froid. La ceinture de radiation se trouve sur les lignes de champ dipolaire entre 2 et 6 RE.
![Page 20: Plan du cours 1.Introduction: le problème du chauffage de la couronne solaire 2.Dérivation microscopique: équation de Vlasov-Maxwell, hiérarchie fluide,](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062417/551d9d80497959293b8ba1f2/html5/thumbnails/20.jpg)
Trajectoires des particules confinées dans un champ dipolaire
L‘intensité du champ est minimum à l‘équateur. Les lignes de champ convergent dans les régions polaires (mirrors). Les particules peuvent être piégées. Mouvements de gyration, rebond et diffusion..
![Page 21: Plan du cours 1.Introduction: le problème du chauffage de la couronne solaire 2.Dérivation microscopique: équation de Vlasov-Maxwell, hiérarchie fluide,](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062417/551d9d80497959293b8ba1f2/html5/thumbnails/21.jpg)
Interaction entre particulesGaz neutre Collisions de type boule de
billard, courte portée
Plasma Interaction électromagnétique, longue portée
Une particule n’est pas sensible seulement à sa plus proche voisine mais à toutes les autres
Interactions collectives plus importantes que les interactions binaires
![Page 22: Plan du cours 1.Introduction: le problème du chauffage de la couronne solaire 2.Dérivation microscopique: équation de Vlasov-Maxwell, hiérarchie fluide,](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062417/551d9d80497959293b8ba1f2/html5/thumbnails/22.jpg)
ro
l
d
Collisions dans un plasma
ln
)(44
220
nekT
l
kT
er
0
2
04
Libre parcours moyen :
Longueur de Landau :
3/1nd
Distance moyenne entre particules :
![Page 23: Plan du cours 1.Introduction: le problème du chauffage de la couronne solaire 2.Dérivation microscopique: équation de Vlasov-Maxwell, hiérarchie fluide,](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062417/551d9d80497959293b8ba1f2/html5/thumbnails/23.jpg)
1
100
10 4
10 6
10 8
10 10
1 105 1010 10 15 1020 1025 1030 10 35
densité électronique (m-3)
lobes de la magnétosphère
vent solaire
gaz interstellaire
ionosphèreflamme
couronne solaire
fusion (magnétique) fusion (laser)
intérieur du Soleil
décharge
métal
Tem
péra
ture
(K
)
effets quantiques vs effets classiquesinteractions proches vs lointaines
l = 1000 km 1 m 1 m
libre parcours moyen
![Page 24: Plan du cours 1.Introduction: le problème du chauffage de la couronne solaire 2.Dérivation microscopique: équation de Vlasov-Maxwell, hiérarchie fluide,](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062417/551d9d80497959293b8ba1f2/html5/thumbnails/24.jpg)
statistique
Equations deMaxwell
, j
électromagnétisme
/Système couplé particuleschamps
)( BwEF q
E, B
Forces de collisions
mécanique
mouvement
Particules(positions et
vitesses)
Equations du