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La méthode numérique

Techniquement, la réalisation d'un modèle 2-D d'un plasma contenant N espèces de particules repose, comme on l'a vu chapitre v, sur la résolution, en chaque point P de la magnétosphèregif où l'on veut connaître la densité, d'un système non-linéaire de N+1 équations à N+1 inconnues (les équations de densité de type v.4 et l'équation de neutralité locale du plasma, avec un potentiel électrique ambipolaire inconnu).

Ce système peut être mis, via l'équation de neutralité, sous la forme d'une équation implicite à une seule inconnue (le potentiel électrique ambipolaire tex2html_wrap_inline3936 au point P) suivante :

  eqnarray1853

tex2html_wrap_inline4318 est l'énergie potentielle au point P, formée par l'addition des énergies potentielles centrifuge, gravitationnelle et électrostatique :

eqnarray1860

tex2html_wrap_inline4322 est la vitesse de rotation propre de Jupiter, x la distance du point P à l'axe de rotation et r la distance de P au centre de Jupiter ( tex2html_wrap_inline4324 et tex2html_wrap_inline4326 étant respectivement la distance à l'axe de rotation et au centre de Jupiter du pied (à l'équateur centrifuge) de la ligne de force du champ magnétique passant par P -voir figure i.1). G est la constante gravitationnelle et tex2html_wrap_inline4330 la masse de Jupiter (N.B : le potentiel gravitationnel est très petit par rapport aux deux autres).

Pour résoudre l'équation implicite en tex2html_wrap_inline3936 , on utilise simplement une méthode de Newton, i.e. : on pose tex2html_wrap_inline4334 et on obtient le potentiel électrique par itération de : tex2html_wrap_inline4336 . Pour une distribution bi-maxwellienne, la convergence est très rapide ( tex2html_wrap_inline4338 est linéaire); pour une bi-kappa on va parfois jusqu'à n=25. Un ordre de grandeur du potentiel électrique ambipolaire, avec une distribution bi-kappa telle que celle utilisée au chapitre vi, est tex2html_wrap_inline4342 à 7 tex2html_wrap_inline3218 et à 10° de latitude centrifuge.

Notons enfin que la vitesse tex2html_wrap_inline3228 -thermique tex2html_wrap_inline4348 nécessaire (cf. Éq.v.4) en entrée du code pour extrapoler les densités et températures de Voyager à l'équateur centrifuge est obtenue à partir des densités et températures perpendiculaires du coeur et du halo tex2html_wrap_inline4350 (les seules disponibles sur Voyager 1) en utilisant l'équation iv.9, soit :

eqnarray1889

et, rappelons le, tex2html_wrap_inline4352 .


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