Study of solar wind large scale properties
Étude du vent solaire à grande échelle
Résumé
Since the first measurements of the solar wind in 1960, the properties of this plasma outflow from the Sun has been intensively studied, theoretically and by in situ measurements. However, some features still remain not understood, as the transport of the energy in collisionless plasmas like the solar wind. Measuring the temperature of the electrons and their nonthermal properties can give important clues to understand the transport properties. Quasi-thermal noise spectroscopy is a reliable tool for measuring accurately the electron density and temperature since it is less sensitive to the spacecraft perturbations than particle detectors. This noise is produced by the quasi-thermal fluctuations of the particles and allow to measure the moments of their velocity distributions. This method, using a sum of Maxwellian as the electron velocity distribution, has produced a large amount of results with the Ulysses mission. Nevertheless, some limitations on the radio receiver on board Ulysses prevent an accurate measurement of the total temperature of the electrons with a sum of Maxwellian. A new method using kappa distribution is proposed to improved the accuracy of the electron temperature measurements. Its application on the Ulysses data allows to yield the radial evolution of the electron temperature and their nonthermal properties. A preliminary comparison with exospheric models shows the following agreements: a variation of the temperature between an adiabatic and isothermal behaviour, and a constant kappa parameter. The solar wind interacts also with all the objects of the Solar System. Two examples of plasma-dust interactions are studied in the second part of this thesis: the acceleration of nano dust by the solar wind and their detection in the solar wind at one astronomic unit; and the interplanetary magnetic field enhancements possibly due to an interaction between the solar wind and cometary dust. Finally, a more global point of view is taken. The energy flux of the solar wind is almost constant, nearly independent on wind speed and solar activity. A comparison of the energy flux of a spread of stellar winds is made. A shared process at the origin and acceleration of the main-sequence stars and cool giants' winds is suggested. T-Tauri stars' winds show a possible result of an accretion powered wind.
Depuis les premières mesures in situ du vent solaire en 1960, les propriétés macroscopiques et microscopiques de ce plasma éjecté par le Soleil ont été intensivement étudiées, tant du point de vue théorique qu'observationnel. Aujourd'hui encore, certaines des propriétés du vent solaire sont incomprises, comme par exemple le transport de l'énergie dans un plasma peu collisionnel. Mesurer précisément la température des électrons et leurs propriétés non thermique est nécessaire pour comprendre les propriétés du transport. Pour ce faire, la spectroscopie du bruit quasi-thermique est un outil fiable, en étant moins sensible aux perturbations produites par le satellite que les détecteurs de particules classiques. Le bruit quasi-thermique est produit par les fluctuations du champ électrique causées par le mouvement des charges du plasma directement mesurées par une paire d'antennes reliée à un récepteur radio suffisamment sensible. L'étude de ce bruit permet de déterminer les moments des distributions de vitesses des particules. De nombreux résultats ont ainsi été obtenus à partir du récepteur radio de la sonde Ulysse, en décrivant les distributions des électrons par une somme de Maxwelliennes. Cependant une limitation de l'instrument ne permet pas de mesurer avec une précision suffisante la température totale des électrons avec un tel modèle de fonctions de distribution. Pour pallier à ce problème, une nouvelle méthode d'analyse des spectres de bruit quasi-thermique, utilisant une distribution des électrons de type kappa est proposée. Son application aux données de la sonde Ulysse permet de mesurer les variations avec la distance de la température totale des électrons et de leurs propriétés super thermiques dans le vent solaire. Le profil de température montre un comportement intermédiaire entre adiabatique et isotherme, et le paramètre kappa est constant avec la distance au Soleil. Ces résultats sont en accord avec les modèles exosphériques. Le vent solaire est également en interaction avec l'ensemble des objets du Système Solaire. Deux exemples d'interactions plasma-poussières sont présentés dans la deuxième partie de cette thèse : l'accélération des nanoparticules et leurs découvertes dans le vent solaire à une unité astronomique ; et la modification du champ magnétique interplanétaire par les poussières cométaires. Enfin, un point de vue plus global est adopté. Une comparaison du flux d'énergie, qui dans le cas du vent solaire est observé comme étant très stable temporellement et spatialement, est effectuée pour de nombreux vents stellaires. Cette comparaison met en évidence une similitude entre les étoiles de types solaire et les géantes froides, ainsi qu'une éventuelle conséquence de l'accrétion de matière sur les vents stellaires des T-Tauri.
Loading...