©Planeterrella Un simulateur d’aurores polaires
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Van Allen

Ce qui est observé ici a peu ou pas été observé par K. Birkeland. La facilité des équipements modernes pour changer des configurations en est une des raisons : il fallait trois semaines au moins à Birkeland pour changer ce qui nous prend moins d’une demi-heure ! Mais la flexibilité du montage Planeterrella est la raison majeure.

Dans cette configuration, la grosse sphère est une planète, qui reçoit son vent stellaire soit de la buse électrique, soit de la petite sphère (qui, dans ce cas, s’entoure d’un anneau fin de courant ici, lien sur le cas 2).

On distingue très bien l’enveloppe de plasma entourant la terre, et se finissant dans l’atmosphère sur les ovales auroraux. Il s’agit de la création des ceintures de radiation de Van Allen. Les électrons sont attirés vers la grosse sphère par le champ électrique. Ce champ existe simplement parce que la sphère est reliée au pôle plus du générateur. En arrivant à proximité de la sphère, les électrons commencent à subir l’influence du champ magnétique. Plus ils s’approchent des aimants, plus le champ croît. L’effet de cette croissance de champ est de forcer les électrons à tourner autour de la sphère (pour les physiciens : c’est une dérive de gradient). Là, ils cognent dans le gaz encore présent, de l’air très raréfié. Ces collisions excitent et ionisent le gaz, mélange d’azote et d’oxygène. En revenant à l’équilibre, l’air rend son énergie sous forme de lumière : c’est la création des aurores polaires, et du rayonnement visible avec la Planeterrella.

Mais tôt ou tard, les électrons subissent une collision qui va les dévier vers les pôles. Ils s’y dirigent, s’y concentrent, heurtent l’atmosphère. La lumière est plus intense sur les ovales auroraux parce que la concentration des électrons y est plus élevée.
Si on voit la ceinture de Van Allen différemment qu’au cas 1, c’est que la configuration des aimants est différente. En effet, au centre de la petite sphère, il y a un aimant dipolaire d’intensité 800 mT. Le pôle nord magnétique se trouve au « nord » de la « planète », et le pôle sud magnétique au « sud », c’est à dire que leur axe est vertical. Dans la grande sphère, il y a deux aimants ayant chacun une intensité de 400 mT, mais ils sont tout contre la paroi interne de la sphère, en vis à vis. Leur axe est incliné d’environ 20° vis à vis de la verticale.

La zone de l’espace où se trouve la ceinture de radiation est une partie de la magnétosphère appelée la plasmasphère. La magnétosphère est cette partie de l’espace dans laquelle l’influence du champ magnétique d’une planète est prépondérante sur celle du vent solaire. C’est un volume très complexe, où de nombreux courants électriques se forment. La photographier est excessivement difficile. Mais le satellite IMAGE de la NASA en fournit cependant des vues splendides, tout à fait comparables à ce que montre la Planeterrella.

Page wikipedia de James Alfred van Allen

L'environnement spatial de la Terre L’environnement spatial de la Terre vu en ultraviolet par le satellite IMAGE (Crédit NASA)

La ceinture de Van Allen planeterrella La ceinture de Van Allen simulée par la planeterrella

Institut de Planétologie et d'Astrophysique de Grenoble (IPAG)