#19.     La magnétopause

    Dans la magnétosphère, les distances sont souvent mesurées en Rayon Terrestre (RT), avec le rayon terrestre qui vaut 6371 km ou 3960 miles. Dans ces unités, la distance entre le centre de la Terre et le "nez" de la magnétosphère est d'environ 10.5 RT. Perpendiculairement à cette direction "centre-nez", la magnétopause s'élève à 15 RT. Le rayon de la queue lointaine de la magnétosphère est de 25-30 RT. En comparaison, la distance Terre Lune est d'environ 60 RT.

    Ces valeurs sont cependant des valeurs moyennes : la pression du vent solaire est plus ou moins forte et ces variations engendrent un tassement ou au contraire une expansion de la magnétopause. Par exemple, quand la frontière est frappée par un écoulement rapide issu d'une éjection de masse coronale, le "nez" est poussé vers la Terre, et quelque fois (une fois par an en général), le nez est même repoussé en dessous de l'orbite géostationnaire située à 6.6 RT .

    A environ 2RT devant la magnétopause se trouve le front d'une onde de choc stationnaire, comme celle qui se forme devant une balle ou un avion supersonique. Lorsque le vent solaire qui passe près de la terre traverse ce front, il est soudainement ralenti et une partie de son énergie cinétique se transforme en chaleur. Ensuite, le vent accélère et lorsqu'il atteint 100 à 200 RT en aval, il a non seulement regagné sa vitesse mais il a aussi infiltré la queue magnétosphérique -- savoir comment et où exactement, est toujours un sujet actuel de recherche.  

Pourquoi le champ magnétique terrestres fait-il obstacle au vent solaire?

    Comme on l'a noté plus haut (voir discussion sur le vent solaire), les lignes de champ magnétique interplanétaire (IMF) suivent le vent solaire, comme le fil souple d'un collier de perles suivrait les perles que l'on a enfilées dessus (les ions en mouvement du vent solaire). Ainsi, une "perle" enfilée sur une ligne du champ solaire y restera toujours et à moins que les lignes de champ de différentes sources ne se débrouillent pour s'interconnecter quelque part, la perle ne se retrouvera jamais sur une ligne de champ connectée à la terre. Ainsi, les deux plasmas, celui de la terre et celui du vent solaire forment deux familles séparées et la magnétopause est simplement la frontière qui les sépare.

Les points neutres et les Cusps

    En traçant les lignes de champ magnétique, de tels points se dessinent à l'intersection des lignes de champ. Une intersection de lignes de champ semble être un non sens. En effet, comment le champ magnétique en un point peut-il être dirigé dans deux directions différentes à la fois? Si nos tracés montrent néanmoins de tels points, l'intensité de la force magnétique en ces points doit être nulle, car dans ce cas la direction de la force magnétique n'existe plus.

    Quand les engins spatiaux furent envoyés dans ces régions de cusp -- les engins européens HEOS 1 et HEOS 2 (1968, 1972) et l'engin "Hawkeye" (1974) de l'université de l'Iowa-- ils observèrent plutôt une zone de champ magnétique désordonné, faible mais non nul. L'absence d'un champ magnétique suffisament fort pour éloigner le vent solaire signifie que ces points sont des "taches faibles" dans la magnétopause. Le plasma du vent solaire entre par ces points et empli deux régions en forme de cheminée. Une partie des particules du plasma cheminent jusqu'au sommet de l'atmosphère où leur collision produisent une lueur aurorale rouge.

La magnetosphère ouverte

    En 1961, James Dungey en Angleterre imagina que lorsqu'un point neutre N (ou une ligne neutre plus étendue) se formait près du nez, et qu'un plasma s'écoulait à travers, les connexions de champ magnétique se réalignaient. Les lignes terrestres et les lignes interplanétaires numérotées "2" s'ouvriraient et se reconnecteraient, de façon à ce que les ions "enfilés" le long de chaque ligne comme des "perles sur un fil" se divisent en deux groupes, un groupe s'écoulant le nord et l'autre vers le sud.

    Le groupe se dirigeant vers le nord migreait vers la ligne "3" qui est une "ligne ouverte de champ magnétique" reliant la terre à l'espace interplanétaire. Un court temps après, la ligne de champ reliant ces patricules occupera la position "4" puis "5". Dungey imagina que ce processus était renversé en un point neutre (ou ligne neutre) "6" éloigné dans la queue. Là les deux moitiés des lignes interplanétaires se réuniraien et s'écouleraient et les extrémités connectées à la terre se rejoindraient aussi à nouveau.

    Puisque le nez de la magnétosphère maintient sa position et n'est pas "usé" par les processus de reconnexions, les lignes de champ magnétiques rabattues dans la queue et les particules de plasma enfilées sur ces lignes, doivent revenir quelque part vers la terre, dans la magnétosphère. Selon Dungey, cela expliquait l'écoulement "grande échelle" de la queue en direction du sud vers les lignes de champ qui s'étendent dans la queue, écoulement déduit des mouvements auroraux et des écoulements dans l'ionosphère polaire .

    Le processus de "reconnexion magnétique" devrait accroître le transfert d'énergie du vent solaire vers la magnétosphère, en établissant un lien direct par ligne de champ entre les deux. Il nécessite cependant que les lignes de champ interplanétaire soit inclinées vers le sud. C'est une condition qui n'existe que la moitié du temps.

    En 1966, après que des observations de lignes de champ interplanétaire aient débutées, un élève de Dubngey, Don Fairfield, nota une forte corrélation entre les inclinaisons vers le sud et l'activité orageuse du champ magnétique. de nos jours, les "lignes de champ interplanétaires vers le sud" sont reconnues comme le facteur le plus important provoquant les orages et les sous orages dans la magnétosphère. Ce facteur est bien plus important que l'augmentation de la vitesse ou de la pression dans le vent solaire, le nombre de tache solaires, etc... Cette connexion soutient l'idée de d'une "magnétosphère ouverte" proposée par Dungey, bienque des preuves directes par l'observation des lignes de champ s'interconnectant sont plutôt difficiles à obtenir.

Reconnexion avec une IMF vers le Nord?

    Dans le dessin de la cusp du nord de la terre, sur la droite, toutes les lignes de champ magnétiques sont dirigées vers la terre. Il s'en suit que près de la magnétopause, les ligne sd echamp localisées vers l'équateur de la cusp sont pointées vers le nord, mais celle                    
Si la reconnexion magnétique nécessite des lignes d echamp dirigées en sens opooseés, cela pourrait suggérere non seulement que les lorsque les IMF pointent vers le sud elle se reconnecteny près du nez de la magnétosphère (comme Dungety le proposait mais aussi que lorsque les IMF pointent vers le nord elles pourraient se reconencter vers le pole de la cusp comme proposé par Maezawa au Japon. C'est un type de reconxion étrange affectant principalement la queue lointaine dont la structure n'est pas entièreement claire

    En ce moment (2000), l'engin "Polar" est sur une orbite allongée au dessus des calottes polaires à environ 9 RT. La magnétopause est d'habitude plkus éloignée mais lorsque la pression du vent solaire est élevée, "Polar" se trouve dna sune région de cusp et même en dehors dela magnétopause. Le 29 mai 1996 cela est arrivé au cours d'un fort IMF vers le nords et les caractéristiques observées pourraient trouver leur origine dans cette étrange sorte de reconnexion.