#9.     Rayonnement piégé

1. 1. Une rapide rotation (ou "giration") autour des lignes de champ magnétique, typiquement des milliers de périodes par seconde.
2. 2. Un mouvement de va et vient plus lent le long de la ligne de champ, durant typiquement 1/10 seconde.
3. 3. Une lente dérive autour de l'axe magnétique de la terre, de la ligne de champ suivie à sa voisine, restant strictement à la même distance de cet axe. Heure typiquement, pour tourner autour de la terre -- quelques minutes.

(1)   Parcours circulaire autour des lignes de champ magnétique.

    Electrons et les ions, issus des énergies généralement produites dans la magnétosphère, tendent à tourner autour des lignes de champ magnétique. Comme le mouvement des planètes autour du soleil, ce mouvement aussi peut continuer sans absorption d'énergie, et peut donc (en principe) persister longtemps.

    Les charges opposées se mobilisent en directions contraires; par rapport à la ligne de champ, les ions circulent dans le sens des aiguilles d'une montre, les électrons dans le sens contraire des aiguilles d'une montre.

(2)   Rebonds en va et vient, en" miroir."

    Lorsque ces particules suivent leur ligne de champ - guide, "leur centre" de rotation s'éloigne généralement en haut ou en bas de cette ligne, selon une spirale typique. Mais, une petite interaction sur la particule décrivant une spirale la repousse vers des régions de champ magnétique plus intense, là où les lignes de champ convergent.

 De ce fait, lorsque qu'une particule est repoussée et entre dans une région au champ plus intense, son cheminement le long de sa ligne- guide se ralentit. Sa vitesse tombe finalement à zéro et puis s'inverse, faisant rebondir la particule en "miroir".

    Sans cette "auto-réfléxion," les ions et les électrons ne seraient pas emprisonnés dans la magnétosphère terrestre, mais suivraient leurs lignes de guidage de champ dans l'atmosphère, où ils seraient absorbés et perdus. Au lieu de cela, quand une particule captive approche de la terre, elle est renvoyée en arrière. Et est ainsi reléguée dans un espace plus éloigné de la ligne de champ.

(3)   Dérive autour de la terre

    En plus de la rotation rapide ("giration") autour des lignes de champ et du mouvement d'arrière--en avant en "sauté–mouton", les particules capturées sont également sujettes à une lente "dérive", qui les fait passer d'une ligne de champ à la voisine, semblable à la première mais un peu autrement orientée par rapport à l'axe magnétique terrestre. Vu du pôle Nord, un ion positif tourne progressivement dans le sens des aiguilles d'une montre, un électron négatif dans le sens contraire des aiguilles d'une montre.

(4)   Le Courant annulaire

    Puisque les ions positifs et les électrons négatifs se dirigent en directions opposées (voyez le dessin), ce mouvement crée un courant électrique qui, vu du nord, circule autour de la terre dans le sens des aiguilles d'une montre. Ce courant porte bien son nom de courant annulaire.

    Notez comme les courants électriques de l'espace sont différents de la vie quotidienne! Les courants que nous utilisons à domicile -- pour s'éclairer, conduire des machines ou produire de la chaleur - ne circulent que si ils sont soumis à une pression (ou tension électrique (voltage)), luttant contre la résistance des circuits. L'écoulement de tels courants est très comparable à celui de l'eau dans un tuyau d'arrosage : Il n'y a écoulement que s'il y a une pression suffisante disponible, surmontant les frottements internes. L'écoulement de l'eau et de l'électricité exigent un apport constant d'énergie: si on actionne le commutateur et isolons le circuit de la maison de sa source de tension, il s'arrête pratiquement immédiatement.

    La circulation du courant annulaire, et de beaucoup d'autres courants dans l'espace, est tout à fait différente. Il n'a besoin ni de tension ni d'apport d'énergie, mais persiste aussi longtemps que les ions et électrons sont emprisonnés dans le champ magnétique. Beaucoup d'aspects de ces "plasmas à collision-libres" sont tout à fait différents ce que l'on pourrait en attendre, et sont souvent difficiles à reproduire en laboratoire: et donc la magnétosphère est probablement notre meilleur "laboratoire naturel" pour l'étude des phénomènes de l'espace lointain.

(5)   Orages magnétiques

    Le champ magnétique produit par le courant annulaire contribue (assez faiblement) au champ magnétique constaté à la surface de la terre. Il y a malgré tout des périodes où le nombre de particules emprisonnées est considérablement accru. Le courant annulaire s'intensifie alors et son effet magnétique sur la terre peut s'augmenter de 10 fois ou plus : ce sont les orages magnétiques. Les particules en jeu présentent généralement une énergie modérée, mais peuvent être très nombreuses. Comme il sera exposé ultérieurement de tels phénomènes peuvent altérer le fonctionnement des satellites de communication et poser d'autres problèmes.

    Puisque les orbites des particules captives sont si stables, leurs particules ne peuvent être facilement détournées et ne devraient pas pouvoir interagir facilement. Alors, comment la ceinture des radiations et le courant annulaire peuvent-ils se manifester?

    La ceinture interne des radiations, découverte par Explorer 1 et 3, est en fait le résultat d'une accumulation lente de rayons cosmiques, comme il sera vu ultérieurement.

    Néanmoins, le courant annulaire (dont la partie énergétique est souvent dite " ceinture externe des radiations"), doit son existence aux orages magnétiques qui peuvent le saturer en quelques heures. On ne connaît pas encore bien par quel processus mais cela implique des forces électriques, combinées avec les forces magnétiques. Les champs électriques pourraient orienter les particules captives en direction de la terre, et contrairement au mouvement purement magnétique déjà décrit, un champ électrique pourrait également les activer.

    Au total, l'origine de l'énergie et du champ électrique est vraisemblablement le vent solaire, et il y a des théories à ce propos. Certaines sont mentionnées dans d'autres sections, mais beaucoup de détails sont encore confus controversés.

En savoir plus :

    Pour un aperçu global non-mathématique de certains des principes physiques impliqués, particulièrement la notion des invariants adiabatiques, cliquer ici.