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Le nécessaire et le plausible

Le choix du kappa, comme celui de l'anisotropie est, pour le moment gif, arbitraire, puisqu'on ne dispose de valeurs expérimentales concernant les ions ni pour l'un, ni pour l'autre. Une méthode de choix, empirique, consiste à tester quelques valeurs grâce à notre code afin de cerner ce qui est nécessaire, dans la limite du plausible, pour pouvoir expliquer quelques observations. Par exemple, s'agissant des températures des ions mesurées par Voyager 1, que nous avons extrapolées à l'équateur centrifuge, nous avons utilisé des valeurs tex2html_wrap_inline3292 et tex2html_wrap_inline4182 parce que d'une part c'est un choix plausible (on a vu que les ions avaient plutôt moins de raison d'être à l'équilibre que les électrons, pour lesquels on a au moins un kappa expérimental : celui d'Ulysse à tex2html_wrap_inline3230 ) et d'autre part que ce choix permet d'expliquer la croissance des températures perpendiculaires en fonction de la distance radiale observée par Voyager 1 en même temps que leur décroissance (ou leur maintien à peu près constant) à l'équateur centrifuge. On montre en annexe B.3 (figure B.1) ce qu'il advient de ces températures lorsqu'on choisit un couple tex2html_wrap_inline3292 et tex2html_wrap_inline4188 , c'est-à-dire une distribution isotrope avec le même kappa qu'utilisé figure vi.2. On obtient encore dans ce cas une diminution des températures calculées à l'équateur centrifuges par rapport à celles mesurées par Voyager, mais elles sont quasi-constantes ou même légèrement croissantes avec la distance, ce qui est dû au fait qu'en l'absence d'anisotropie des ions, les profils de densité sont moins confinés et, via la loi polytrope, l'effet d'inversion des températures est moins prononcé. Ainsi une distribution kappa isotrope des ions, même avec un kappa petit, est insuffisante pour pouvoir expliquer les mesures de températures de Voyager 1 par l'effet combiné de la variation en latitude de la sonde et de la filtration des vitesses le long des lignes de champ. D'un autre côté, comme on l'a vu précédemment, le choix d'un couple tex2html_wrap_inline4190 et tex2html_wrap_inline3298 , c'est-à-dire une distribution bi-maxwellienne fortement anisotrope, est exclu pour interpréter ces températures de cette façon, puisqu'elle prévoit au contraire une augmentation des températures équatoriales encore plus prononcée avec la distance (voir en annexe B.3 figure B.4). Cependant, avec une telle anisotropie, on arrive effectivement à confiner le tore à peu près tel que l'a vu Ulysse (figure B.6, cartouche du haut à droite), tandis qu'avec notre hypothèse à kappa isotrope, le confinement obtenu est insuffisant (figure B.3, cartouche du haut à droite). Néanmoins, justifier théoriquement de la persistance dans un plasma comme le tore d'Io d'une anisotropie de température égale à 10 à l'équateur n'est pas une mince affaire, et on peut considérer qu'on sort là des limites du plausible.

On voit donc que ce choix de tex2html_wrap_inline3292 et tex2html_wrap_inline4182 est un compromis plausible, qui permet d'être compatible à la fois avec 1) une décroissance théorique des températures avec la distance à l'équateur du tore, 2) une augmentation des températures mesurées par Voyager 1, 3) un confinement important du plasma autour de l'équateur centrifuge tel que l'a observé Ulysse (voir figure vi.4) et sans oublier 4) l'augmentation de température avec la latitude observée par Ulysse. C'est un compromis «fédérateur», en ce sens qu'il permet d'expliquer conjointement les observations d'Ulysse et de Voyager 1. Même s'il ne valide pas (au sens de la validation d'une mesure physique) ces valeurs du kappa et de l'anisotropie des ions que nous avons utilisées, ce modèle montre en tous cas qu'il existe une modélisation de la physique à l'oeuvre dans le tore qui rend très comparables deux mesures faites à douze ans d'intervalle, en utilisant grosso modo la structure radiale mesurée par Voyager 1 et la structure en latitude mesurée par Ulysse. Une conséquence est entre autres que si cette structure radiale perdure, elle doit être expliquée par des arguments physiques très universels, et a fortiori très indépendants de la météorologie volcanique d'Io.

Comme on l'a déjà remarqué (note 4), notre code, qui calcule les paramètres du plasma «ligne de champ par ligne de champ», peut parfaitement s'accommoder en entrée de kappa ou d'anisotropies variables avec la distance. On pourrait, à cet égard, par exemple chercher à ajuster des valeurs de ces paramètres pour expliquer «parfaitement» les profils de températures de Voyager, d'Ulysse ou de Galileo. Mais, en l'absence de véritables contraintes expérimentales sur ces paramètres, un tel modèle serait un exercice passablement gratuit et typiquement ad hoc. Nous ne nous y risquerons donc pas. gif.

Pour terminer cette discussion sur le choix des kappa et anisotropies des ions, il est important d'ajouter qu'un troisième paramètre mal maîtrisé peut influer de manière importante sur les profils de structure du tore : le champ magnétique de Jupiter. Afin de pouvoir comparer aisément nos résultats avec ceux de [Bagenal, 1994], on a utilisé, notamment pour obtenir les figures vi.1,vi.2,vi.3,B.1, B.2,B.4,B.5, le modèle de champ magnétique tex2html_wrap_inline3244 + lame de courant, utilisé par cette auteur «as a working compromise». Néanmoins, un problème épineux avec ce compromis de travail provient de ce que cette lame de courant est par nature fluctuante (alimentée en partie par le vent solaire) et mal connue, et donc mal modélisée. Bien qu'elle introduise des différences notables sur les profils de densités, surtout après 8.5 tex2html_wrap_inline3218 [Bagenal, 1994, voir fig.5 de,], l'ajouter ou pas ne modifie pas fondamentalement nos résultats précédents concernant l'interprétation des températures de Voyager 1. En revanche, pour correctement ajuster notre modèle aux profils de densité électronique d'Ulysse et de Voyager 2 dans la lointaine banlieue du tore (après 10 tex2html_wrap_inline3218 ), il a fallu purement et simplement l'abandonner (et utiliser tex2html_wrap_inline3216 qui est pour le moment le meilleur modèle de champ jovien aisément accessible).


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