Interaction Soleil/Planètes

Les aurores polaires visibles autour des pôles magnétiques ne sont pas un phénomène propre à la Terre, elles ont été observées sur Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune. Comme la Terre, les planètes géantes possèdent en effet un champ magnétique dont l’interaction avec le vent solaire forme une magnétosphère, définie comme la région de l’espace dominée par le champ magnétique planétaire. L’interaction des magnétosphères planétaires avec le vent solaire représente la source d’énergie principale des émissions aurorales, que l’on peut observer dans des domaines de longueur d’onde radio, ultraviolet lointain, visible, infrarouge micrométrique et rayons X. L’intensité des aurores est donc généralement fortement influencée par l’activité solaire, et forme un outil de diagnostic des conditions régnant dans le milieu interplanétaire au voisinage des planètes magnétisées.

Figure 1 : Images des aurores UV de Saturne prises par le télescope spatial Hubble les 7 et 8 décembre 2000

Sur l’image, on distingue des émissions intenses qui ont disparu le lendemain.

Figure 2 : Configuration du système solaire en décembre 2000

En observant Saturne avec le télescope spatial Hubble en décembre 2000, Prangé et al. (Nature, 2005) ont par exemple découvert une surbrillance inhabituelle des aurores UV (Fig. 1), qu’ils ont relié au passage d’une éjection de matière coronale (EMC). En remarquant l’alignement planétaire de Saturne avec le soleil, la Terre et Jupiter et Saturne à la même période (Fig. 2), ces auteurs ont pu identifié l’EMC concernée, émise par le soleil un mois plus tôt (v 580km/s), et "l’allumage" des aurores de la Terre, Jupiter, puis Saturne au passage de cet évènement (Fig. 3), avec une intensification par facteur multiplicatif de 3-5 (Jupiter, Saturne) à 10 (la Terre).

Cette propriété peut être utilisée dans le sens inverse pour prédire le passage d’un choc interplanétaire, et l’allumage des aurores. Cette thématique, qui porte le nom de météorologie de l’espace, a été développée pour la Terre avec des prédictions quotidiennes de l’activité aurorale (voir http://spaceweather.com/) grâce aux observations du soleil fournies par des sondes spatiales, comme Soho ou Stereo.

On peut également utiliser ces prédictions pour observer les aurores des planètes lointaines au moment où elles sont activées. Le pôle plasmas du LESIA a donc proposé au HST (proposition PI à la tête d’un vaste consortium), et exécuté avec succès, une série d’observations originales multi-planètes, et multi-spectrales, en tirant partie de l’alignement planétaire entre la Terre, Jupiter et Uranus fin 2011. Une éjection de matière coronale intense est partie du soleil le 6 Septembre et a été mesurée à la Terre le 9. Elle a ensuite pu être observée à Jupiter grâce aux observations radio des sondes Stereo et Wind et du radiotélescope de Nançay 2 semaines plus tard (v 500km/s). Des observations Hubble et IRTF (télescope infrarouge à Hawaï) ont eu lieu à son passage à Uranus. En utilisant cette approche de façon prédictive, nous avons ainsi obtenu les premières informations sur la magnétosphère très atypique d’Uranus (Lamy et al., Geophys. Res. Lett., 2012) depuis sa découverte par Voyager 2 en 1986. Pour plus d’information, se reporter à la page dédiée. De nouvelles observations combinées de Jupiter et Uranus sont en prévision.

Cette approche originale ouvre un nouveau champ d’étude très riche, des aurores, de la dynamique de la magnétosphère et de la haute atmosphère d’Uranus. Notons que cette approche a aussi été utilisée pour Jupiter et Saturne, et plusieurs études comparées de l’interaction vent solaire/planète (Uranus en UV/IR, Jupiter en radio/X, Saturne en radio/X) sont en cours.

Nous étudions aussi la faisabilité d’observations radio à distance (rayonnement auroral et éclairs d’orages atmosphériques). D’ici à une mission d’exploration, les études doivent être conduites à distance. Cette activité couvrira en partie certains objectifs liés à la météorologie spatiale Soleil/planètes.

Figure 3 : Emission d’une éjection de masse coronale, et allumage des aurores de la Terre (UV), Jupiter (radio) et Saturne (UV) à son passage.

Le suivi de l’activité aurorale planétaire au long cours est réalisé grâce à différents types d’observations impliquant directement le LESIA :
 observations continues dans le domaine radio avec les sondes Ulysses (Jupiter, Saturne, 1990-2009), Wind (la Terre, Jupiter, 1994-...) et Stereo (la Terre, Jupiter, 2006-...), Cassini (Saturne, 2004-...) et le réseau décamétrique du radiotélescope de Nançay (Jupiter, 1975-...)
 campagnes d’observations UV avec Hubble (Jupiter, Saturne, 1993-...).