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Discussion sur les températures acquises par Voyager 1

Précisons tout d'abord que les températures représentées sur la figure vi.2 sont les températures effectives perpendiculaires définies par les moments de la distribution bi-kappa anisotrope (Éq.v.6); perpendiculaires car ce sont ces températures qu'a mesurées Voyager 1 et effectives car ce sont les températures les plus aisément comparables aux températures des populations froides (indiqué en trait continu sur la figure vi.1) d'une distribution de type coeur+halo.

En examinant ces profils de température en fonction de la distance radiale à l'équateur centrifuge, on constate que les températures évoluent différemment avec la distance selon leur espèce, notamment à cause du filtrage des énergies différencié en fonction des masses et des charges des diverses espèces gif. Cette évolution a lieu, comme on s'y attendait, dans le sens d'une loi polytrope à tex2html_wrap_inline3680 , c'est-à-dire des températures plus faibles à l'équateur centrifuge qu'aux latitudes où Voyager les a mesurées. La moyenne (arithmétique) de ces températures est grosso modo constante avec la distance radiale, ce qui laisserait penser que la diffusion radiale dans le tore est plutôt isotherme, mais, si on examine attentivement les températures des deux espèces d'ions trouvées majoritaires vers 8.5 tex2html_wrap_inline3218 (O tex2html_wrap_inline3278 ,S tex2html_wrap_inline3284 , en trait plus gras sur la figure vi.2) on voit qu'elles décroissent avec la distance radiale entre environ 7.5 et 9 tex2html_wrap_inline3218 gif, selon une loi de puissance approximativement en tex2html_wrap_inline3268 (indiquée par un trait traversant de part en part la figure vi.2) correspondant à une diffusion radiale adiabatique telle que proposée par [Herbert and Sandel, 1995].

   figure1022
Figure vi.2: Les densités et les températures rapportées à l'équateur centrifuge à partir de celles de références montrées figure VI.1, en utilisant des fonctions bi-kappa pour modéliser les distributions d'énergies des particules ( tex2html_wrap_inline3264 pour tous les ions, tex2html_wrap_inline3266 pour les électrons). Les conventions sont identiques à celles de la figure VI.1, sauf qu'il n'y a plus d'espèces chaude ou froide mais des densités totales (en haut) et des températures perpendiculaires effectives (en bas) - (grosso modo comparables aux températures des froids des distributions coeur+halo). On a superposé (pointillés) la température des ions froids de la figure VI.1 et, en trait continu orangé, une variation adiabatique des températures en tex2html_wrap_inline3268 .

Une conséquence importante est que notre modèle rend aussi compatible le résultat expérimental d'Herbert and Sandel, [1995], c'est-à-dire la baisse des températures parallèles avec la distance jovicentrique (déduite de l'observation de spectres UV sur Voyager 1), avec l'augmentation des températures perpendiculaires observée par le même Voyager 1 (mais par les analyseurs de particules) à des distances jovicentriques supérieures à 7.5 rayons joviens.gif En revanche, une baisse des températures parallèles des ions avec la distance jovicentrique dans le tore d'Io est tout-à-fait incompatible avec le modèle de [Bagenal, 1994] en l'état. Qui pis est, si l'on veut tenter d'expliquer cette baisse des températures parallèles en même temps que l'augmentation (observée par Voyager 1) des températures perpendiculaires (fig.vi.1), par la simple introduction d'une anisotropie des températures à l'équateur, tout en maintenant l'hypothèse de l'équilibre thermique le long des lignes de champ (i.e. en utilisant une distribution bi-maxwellienne [Huang and Birmingham, 1992]), on prédira des températures perpendiculaires (et donc aussi parallèles) à l'équateur centrifuge encore plus élevées, comme on l'avait déjà fait remarquer (Éq.iv.5) et comme on peut aussi le constater sur l'exemple obtenu avec une bi-maxwellienne donné en annexe B.3 (figure B.4).

Notons pour terminer cette discussion que notre modèle à espèces multiples et à distribution bi-kappa anisotrope confirme le résultat préliminaire que nous avions montré au DPS en 1995 (voir figure v.2), mais pour lequel nous avions seulement utilisé une ébauche de modèle (i.e. kappa unique, une seule espèce d'ion et isotrope -voir annexe B.1) qui pouvait laisser craindre que le résultat obtenu soit dépendant des hypothèses par trop simplificatrices utilisées.


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Michel Moncuquet
Tue Jan 13 19:37:26 MET 1998