Simulation numérique de la formation d'une magnétosphère planétaire (solaire ou extrasolaire) et de sa réponse à la variabilité des paramètres du vent stellaire et des différentes sources de plasmas internes.

Nous utilisons un code "particules" électromagnétique en 3D où des macro-ions et macro-électrons sont soumis aux forces de Lorentz sous l'effet des champs électromagnétiques dont l'évolution dans le temps est gérée par les équations de Maxwell. Les macro-particules ont la taille de la planète. La grille de simulation possède 305x155x155 nœuds respectivement dans les directions OX (axe étoile-planète), OY, et OZ (axe polaire de la planète). La boîte de simulation contient 16 millions de particules (ions et électrons), avec un flux permanent de particules qui sont injectées sur le côté d'arrivée du vent à chaque itération. Les calculs ont été effectués sur la machine Flash de l'IAP, un quadri-processeurs ES40 de Compaq (EV67, 4GB de ram) financé par la compagnie HP/COMPAQ et le projet INSPIRE (CNES/NASA), avec un CPU total de 12,5 jours pour obtenir les 1200 pas de temps nécessaires pour tracer la formation et l'évolution complète de la magnétosphère. A chaque étape, nous avons accès aux propriétés cinétiques des macro-particules, ce qui permet de calculer la fonction de distribution des vitesses et d'effectuer des statistiques d'ensemble sur le système obtenu.
 

L'animation représente l'évolution de la densité de plasma estimée sur les nœuds de la grille en fonction du temps. L'abscisse choisie est l'axe étoile-planète et l'ordonnée l'axe du pôle magnétique de la planète. Pour faciliter la lecture, la planète est représentée schématiquement par un disque bleu. Au départ, la planète baigne dans une boîte de plasma possédant les caractéristiques du vent stellaire supersonique, tandis que le champ magnétique planétaire alors éteint, est mis « ON ». Au bout d'une centaine d'itérations, le champ magnétique atteint graduellement la valeur requise. On constate qu'au fur et à mesure de l'établissement du champ, les particules chargées sont chassées pour créer la cavité magnétosphérique, jusqu'au moment où des courants magnétosphériques complexes se forment, permettant ainsi aux particules de repeupler la zone équatoriale et de former la couche de courant, "current sheet", que l'on voit en tranche se prolonger de la queue vers la planète. Notons aussi la formation d'ondes de chocs qui se développent en amont sur le coté jour suite à la décélération du vent stellaire qui "ressent" la présence de l'obstacle que représente la magnétopause. L'étude se poursuit.

Collaborations : Institut d'Astrophysique de Paris (L. Ben-Jaffel), Space Research Center de Varsovie (E. Wodnicka, J. Grygorczuk), University of Wisconsin à Madison (W. Harris, F. Roesler), et University of Arizona à Tucson (G. Ballester).