Mercure, la planète la plus proche du soleil, partage avec la Terre la particularité d'être l'une des deux planètes montagneuses du système solaire avec un champ magnétique global qui la protège des rayons cosmiques et du vent solaire. Désormais chercheurs, dirigé par le physicien Chuanfei Dong du Princeton University Center for Heliophysics et du Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) du Département américain de l'énergie (DOE), ont développé le premier modèle détaillé de l'interaction entre le vent magnétisé et le champ magnétique, ou magnétosphère, qui entoure la planète - des résultats qui pourraient conduire à une meilleure compréhension du champ plus fort autour de la Terre.

Outil de base

Dong a utilisé un nouveau code de simulation tridimensionnel appelé "Gkeyll" qui incorpore la physique du comportement à micro-échelle dans un modèle sophistiqué à macro-échelle. La simulation fournira un outil de base à la mission bi-satellite BepiColombo en route vers Mercure, pour lequel Dong est co-investigateur d'une suite de quatre instruments à bord du vaisseau spatial. La mission internationale, nommé pour le regretté mathématicien Giuseppe (Bepi) Colombo de l'Université de Padoue et lancé par les agences spatiales européenne et japonaise en 2018, doit atteindre Mercure et commencer sa mise en orbite en 2025. « Nous fournirons des informations numériques basées sur le modèle qui aideront la mission à comprendre ses conclusions, " dit Dong, auteur principal d'un article décrivant le modèle dans Lettres de recherche géophysique .

Plasma, l'état de la matière qui se compose de noyaux atomiques chargés positivement et d'électrons chargés négativement, représente 99 pour cent de l'univers visible. Reconnexion magnétique, la fusion et la séparation violente des lignes de champ magnétique dans le plasma, régule la magnétosphère de Mercure, qui est beaucoup plus petit mais beaucoup plus dynamique que celui de la Terre. La reconnexion se produit lorsque le vent solaire frappe la magnétosphère de Mercure, provoquant le cycle de son champ magnétique par l'avant, ou en journée, de la magnétosphère vers l'arrière, ou la nuit, où la reconnexion se reproduit et le champ revient au côté jour.

L'équipe de recherche a capturé la physique de ce processus en simulant 10 variables distinctes sans précédent avec Gkeyll. Le modèle capture des aspects importants du mouvement des électrons à proximité du site de reconnexion, un aspect important mais méconnu du processus, et concorde bien avec les observations de la surface de mercure de la NASA, Environnement spatial, Satellite de géochimie et télémétrie (MESSENGER) qui a orbité Mercure de 2011 à 2015.

Des deux cotés maintenant

Alors que le monosatellite MESSENGER n'a pas pu collecter simultanément les données des champs diurnes et nocturnes de Mercure, la mission bi-satellite BepiColombo explorera les deux côtés de la magnétosphère. En outre, depuis le périapse de MESSENGER, ou chemin le plus proche de Mercure, était dans l'hémisphère nord, l'hémisphère sud et son champ magnétique n'ont pas encore été complètement étudiés. La mission BepiColombo couvrira les deux hémisphères.

Une particularité de Mercure est que son champ magnétique est environ trois fois plus fort dans l'hémisphère nord que dans l'hémisphère sud, contrairement à la Terre, où les champs sont fondamentalement les mêmes. La génération des champs sur les deux planètes est le fer liquide qui se déplace dans leurs noyaux en fusion électriquement conducteurs. Dans Mercure, le noyau exceptionnellement grand s'étend sur 80 pour cent du rayon de l'intérieur, couplant étroitement le champ au noyau qui le crée.

Le nouveau modèle a permis à Dong et à son équipe d'explorer de nombreuses caractéristiques clés de la magnétosphère de Mercure, telles que la reconnexion à la frontière entre le vent solaire et le champ magnétique et le cycle de va-et-vient du champ. Le modèle a découvert le rôle essentiel de la physique des électrons dans le processus de reconnexion, qui est "sans collision" car les particules de plasma largement séparées dans l'espace n'entrent pas souvent en collision. Le modèle a en outre révélé que le couplage étroit entre la magnétosphère et le grand noyau de fer aide à protéger Mercure de l'érosion par le vent solaire.

Étape cruciale

Ces découvertes, dit Dong, "représentent une étape cruciale vers l'établissement d'une approche révolutionnaire innovante" pour une meilleure compréhension de la physique derrière le contact du vent solaire avec la magnétosphère déséquilibrée de la planète la plus proche du soleil. "Le travail de Chuanfei est une étape importante dans la validation de nos efforts pour modéliser la météo spatiale des planètes, et mis en place pour faire des prédictions sur les événements météorologiques spatiaux de faible intensité et extrêmes sur Terre, " a déclaré Amitava Bhattacharjee, directeur du Princeton Center for Heliophysics et coauteur de l'article.