Fig. 1 :Les ondes cyclotron ioniques électromagnétiques sont générées par l'instabilité des ions hydrogène et provoquent l'accélération des ions hélium proches. Crédit :Université de Nagoya
La magnétosphère terrestre contient du plasma, un gaz ionisé composé d'ions positifs et d'électrons négatifs. Le mouvement de ces particules de plasma chargées est contrôlé par des champs électromagnétiques. On pense que les processus de transfert d'énergie qui se produisent dans ce plasma spatial sans collision sont basés sur des interactions onde-particule telles que l'accélération des particules par les ondes plasma et la génération spontanée d'ondes, qui permettent le transfert d'énergie et de quantité de mouvement.
Cependant, alors que la coexistence d'ondes avec des particules accélérées dans la magnétosphère est étudiée depuis de nombreuses années, la nature progressive des interactions entre eux a rendu difficile l'observation de ces processus. La détection des transferts d'énergie locaux entre les particules et les champs est donc nécessaire pour permettre une évaluation quantitative de leurs interactions.
Des chercheurs de l'Institute for Space-Earth Environmental Research (ISEE) de l'Université de Nagoya font partie d'une équipe de recherche qui a effectué des mesures ultrarapides à l'aide de quatre engins spatiaux magnétosphériques multi-échelles (MMS) pour évaluer le transfert d'énergie qui s'est produit lors des interactions associées aux ondes électromagnétiques du cyclotron. "Nous avons observé que les distributions d'ions n'étaient pas symétriques autour de la direction du champ magnétique mais étaient en fait en phase avec les champs d'ondes plasma, " déclare Masafumi Shoji de l'université de Nagoya.
Les mesures à haute résolution temporelle fournies par le vaisseau spatial MMS ont été combinées avec des mesures d'ions résolues en composition pour démontrer l'occurrence simultanée de deux transferts d'énergie. Le premier transfert d'énergie était des ions d'hydrogène anisotropes chauds à une onde cyclotron ionique via un processus de résonance cyclotron, tandis que le deuxième transfert était de l'onde cyclotron aux ions d'hélium, qui a eu lieu via une interaction non résonante et a vu le froid He + ions accélérés à des énergies allant jusqu'à 2 keV.
Fig. 2 :Le processus de transfert d'énergie des ions hydrogène vers les ions hélium se produit via des interactions onde-particule. Crédit :Université de Nagoya
"Cela représente une preuve quantitative directe de l'occurrence d'un transfert d'énergie sans collision entre deux populations de particules distinctes via des interactions onde-particule, ", déclare Yoshizumi Miyoshi de l'ISEE de l'Université de Nagoya. " Des mesures de ce type permettront même d'identifier les types d'interactions onde-particule qui se produisent. " Les résultats de l'équipe ont été récemment publiés dans Science .
On espère que cette recherche représente une étape majeure vers une compréhension quantitative des interactions onde-particule et du transfert d'énergie entre les populations de particules dans le plasma spatial. Cela aurait des implications pour notre compréhension d'une grande variété de phénomènes de plasma spatial, y compris la ceinture de radiation de Van Allen, orages géomagnétiques, précipitation de particules aurorales, et la perte atmosphérique des planètes, comme la perte d'ions oxygène de l'atmosphère terrestre.
