Détermination de l’orientation de l’axe des nuages magnétiques

Les nuages magnétiques sont de grandes structures de plasma magnétisé éjectées du Soleil, en particulier lors d’éruptions solaires (fig. a). Lorsqu’une sonde interplanétaire les traverse, on peut les repérer grâce à des caractéristiques différentes de celles du vent solaire, comme une intensité du champ magnétique plus grande et un profil différent (fig. c). On en déduit la présence de structures particulières appelées tubes de flux magnétique torsadés (fig. b).

Lorsqu’un nuage magnétique impacte notre planète, il impacte fréquemment les conditions physiques de l’environnement terrestre et peuvent être responsables des orages géomagnétiques les plus intenses. Leur géo-efficacité est liée aux propriétés physiques de la structure magnétique formée avant et pendant la phase d’initiation solaire, ainsi qu’aux processus de propagation du Soleil à la Terre.

Les mesures in situ permettent d’avoir une vision précise mais très locale de la physique présente dans les nuages magnétiques. Un objectif est de remonter à des grandeurs physiques globales (par exemple le flux et l’hélicité magnétique transportés par les nuages) et de faire un lien quantitatif avec la source solaire (où ces grandeurs sont calculées par d’autres méthodes). Un élément clé pour arriver à ce but est la détermination de l’orientation du tube de flux (fig. b).

Différentes configurations magnétiques de CME

(a) Ejections de masse coronale vue avec un coronographe masquant le soleil (cercle blanc).
(b) Schéma de la structure magnétique éjectée quelques jours après. La ligne rouge représente une ligne de champ magnétique torsadée et la ligne en pointillé noir l’axe du tube de flux magnétique.
(c) Exemple du champ magnétique mesuré par une sonde interplanétaire. Le nuage magnétique correspond à toute la région grisée et le tube de flux torsadé à la région en gris moyen. Le champ est représenté dans le repère du tube de flux après détermination de l’orientation de l’axe.

Différentes méthodes ont été développées au cours des années pour déterminer l’axe du tube de flux des nuages magnétiques. Cependant ces méthodes ont des biais différents, ce qui implique une forte disparité dans les orientations calculées (de l’ordre de 20-300, voir plus pour certains nuages). Nous avons récemment développé une nouvelle méthode, plus robuste que les précédentes. Elle analyse les variances des composantes du champ magnétique tout en imposant la conservation du flux magnétique azimuthal (By) (Démoulin et al. 2018). Celle-ci permet de définir des frontières physiques cohérentes pour le tube de flux torsadé (région en gris moyen dans la fig. c). Cette cohérence est essentielle car elle permet de ne pas inclure la partie du nuage magnétique ayant interagi avec le vent solaire. Ainsi, nous évitons d’introduire un biais sur l’orientation déduite du tube de flux.

Démoulin, P., Dasso, S., Janvier, M., 2018, A&A, sous presse
https://arxiv.org/abs/1809.00522