Injection of magnetic flux and helicity in the solar atmosphere
Injection de flux et d'hélicité magnétiques dans l'atmosphère solaire
Résumé
This thesis is related to the mechanisms of emergence into the solar atmosphere, of two quantities playing key roles in solar activity: magnetic flux and magnetic helicity. Helicity, which is a topological measure of twist and shear, is believed to be a conserved quantity for solar conditions, in the frame of magnetohydrodynamics (MHD). A crucial phase in the emergence process of these quantities, which are generated and amplified in the solar interior, are their injection through the solar photosphere, the transition region between the solar interior and atmosphere.
The first part of my work provided new answers to questions unsolved by the classical scenario of emergence. I have analyzed multi-wavelength observations (FGE, TRACE, SoHO, THEMIS) of an emerging active region. I demonstrated that magnetic flux tubes emerge with a flat undulated shape and that small scale magnetic reconnection events, are necessary to this emergence process. Then, using a 3D MHD numerical simulation, I studied the mechanism of magnetic reconnection and in particular the natural formation of current layers where regions of strong variations of magnetic connectivity, called quasi-separatrix layers, are present. Finally, I demonstrated that the classical definition of helicity flux density is biased and proposed a more accurate definition. I applied my new definition to observations of active regions and showed that the photospheric injection pattern of magnetic helicity is unipolar and homogenous.
This study allows to link the generation of helicity in the solar atmosphere, its injection and its distribution in the solar corona and its ejection in the interplanetary medium.
The first part of my work provided new answers to questions unsolved by the classical scenario of emergence. I have analyzed multi-wavelength observations (FGE, TRACE, SoHO, THEMIS) of an emerging active region. I demonstrated that magnetic flux tubes emerge with a flat undulated shape and that small scale magnetic reconnection events, are necessary to this emergence process. Then, using a 3D MHD numerical simulation, I studied the mechanism of magnetic reconnection and in particular the natural formation of current layers where regions of strong variations of magnetic connectivity, called quasi-separatrix layers, are present. Finally, I demonstrated that the classical definition of helicity flux density is biased and proposed a more accurate definition. I applied my new definition to observations of active regions and showed that the photospheric injection pattern of magnetic helicity is unipolar and homogenous.
This study allows to link the generation of helicity in the solar atmosphere, its injection and its distribution in the solar corona and its ejection in the interplanetary medium.
La quasi-totalité des phénomènes constituant l'activité solaire trouvent leur origine dans la présence d'intenses champs magnétiques coronaux. Les tubes de flux magnétique, générés et intensifiés au sein de l'intérieur solaire, doivent être transportés vers l'atmosphère solaire. Mon travail de thèse s'est principalement concentré sur les mécanismes d'émergence lors de la traversée de la photosphère, étape critique pour l'émergence du champ magnétique, et sur l'étude de l'hélicité magnétique, une des rares quantités invariante en magnétohydrodynamique (MHD).
Après avoir introduit cette problématique, à partir d'observations multi-longueurs d'onde (FGE, TRACE, SoHO, THEMIS), je montre pourquoi les tubes de flux magnétiques adoptent une forme ondulée au niveau de la photosphère et que des reconnexions magnétiques sont nécessaires à la progression des tubes de flux dans l'atmosphère solaire. Je présente ensuite les résultats d'une simulation numérique MHD 3D portant sur l'étude des conditions topologiques du déclenchement de la reconnexion magnétique. Enfin j'expose mes travaux analytiques sur la densité de flux d'hélicité magnétique, et leurs applications aux observations solaires.
Cette étude permet de faire le lien entre la génération de l'hélicité magnétique dans l'intérieur solaire, son injection et sa redistribution dans la couronne solaire et son éjection dans le milieu interplanétaire.
Après avoir introduit cette problématique, à partir d'observations multi-longueurs d'onde (FGE, TRACE, SoHO, THEMIS), je montre pourquoi les tubes de flux magnétiques adoptent une forme ondulée au niveau de la photosphère et que des reconnexions magnétiques sont nécessaires à la progression des tubes de flux dans l'atmosphère solaire. Je présente ensuite les résultats d'une simulation numérique MHD 3D portant sur l'étude des conditions topologiques du déclenchement de la reconnexion magnétique. Enfin j'expose mes travaux analytiques sur la densité de flux d'hélicité magnétique, et leurs applications aux observations solaires.
Cette étude permet de faire le lien entre la génération de l'hélicité magnétique dans l'intérieur solaire, son injection et sa redistribution dans la couronne solaire et son éjection dans le milieu interplanétaire.
Domaines
Astrophysique [astro-ph]
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