L'environnement spatial de la Terre
Première édition
De très nombreux phénomènes concourent à constituer et à modifier sans cesse l'environnement spatial de la Terre, milieu de vie dont la connaissance nous est indispensable. Ce cours tente de résumer leurs mécanismes... Lire la suite
Le Soleil donne lumière et chaleur, rendant possible la vie sur Terre. Il détermine aussi l'environnement spatial dans lequel baignent les planètes, comètes et autres corps du système solaire. Mais il n'est pas le seul. De très nombreux phénomènes concourent à constituer et à modifier sans cesse ce que nous appelons l’environnement spatial de la Terre, milieu de vie dont la connaissance nous est indispensable.
Ce cours tente de résumer les mécanismes essentiels présents dans l’environnement spatial de la Terre. Il a été rédigé à l’intention des étudiants de physique de la haute atmosphère et de l’espace, mais aussi de toute personne intéressée par ce sujet.
Ce livre vise également à diffuser les connaissances auprès du grand public à l’aide de matériel didactique. C’est pourquoi certaines de ses parties, qui résument les principales observations faites dans le domaine spatial, sont assez descriptives et s’adressent à tout lecteur désireux de rafraîchir ou de compléter ses connaissances en physique de l’espace : vent solaire, champ magnétique, noyau et chevelure des comètes, aurore polaire, changement climatique, rayonnement cosmique, etc., sont autant de notions abordées.
D’autres parties, au contraire, sont plus spécialisées et proposent les équations physiques qui permettent de mieux comprendre les caractéristiques observées.
Le Soleil donne lumière et chaleur, rendant possible la vie sur Terre. Il détermine aussi l'environnement spatial dans lequel baignent les planètes, comètes et autres corps du système solaire. Mais il n'est pas le seul. De très nombreux phénomènes concourent à constituer et à modifier sans cesse ce que nous appelons l’environnement spatial de la Terre, milieu de vie dont la connaissance nous est indispensable.
Ce cours tente de résumer les mécanismes essentiels présents dans l’environnement spatial de la Terre. Il a été rédigé à l’intention des étudiants de physique de la haute atmosphère et de l’espace, mais aussi de toute personne intéressée par ce sujet.
Ce livre vise également à diffuser les connaissances auprès du grand public à l’aide de matériel didactique. C’est pourquoi certaines de ses parties, qui résument les principales observations faites dans le domaine spatial, sont assez descriptives et s’adressent à tout lecteur désireux de rafraîchir ou de compléter ses connaissances en physique de l’espace : vent solaire, champ magnétique, noyau et chevelure des comètes, aurore polaire, changement climatique, rayonnement cosmique, etc., sont autant de notions abordées.
D’autres parties, au contraire, sont plus spécialisées et proposent les équations physiques qui permettent de mieux comprendre les caractéristiques observées.
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Spécifications
- Éditeur
- Presses universitaires de Louvain
- Auteur
- Viviane Pierrard,
- Collection
- Cours universitaires
- Langue
- français
- Catégorie (éditeur)
- Sciences exactes > Physique > Astronomie et géophysique
- BISAC Subject Heading
- SCI000000 SCIENCE > SCI005000 SCIENCE / Physics / Astrophysics
- Code publique Onix
- 05 Enseignement supérieur
- CLIL (Version 2013-2019 )
- 3051 SCIENCES FONDAMENTALES
- Description public visé
- Ce cours tente de résumer les mécanismes essentiels présents dans l'environnement spatial de la Terre. Il a été rédigé à l'intention des étudiants de physique de la haute atmosphère et de l'espace, mais aussi de toute personne intéressée par ce sujet. Ce livre vise également à diffuser les connaissances auprès du grand public à l’aide de matériel didactique.
- Date de première publication du titre
- 01 février 2010
- Subject Scheme Identifier Code
- Classification thématique Thema: Astronomie, espace et temps
Livre broché
- Date de publication
- 01 février 2010
- ISBN-13
- 978-2-87463-195-5
- Ampleur
- Nombre de pages de contenu principal : 214
- Code interne
- 81895
- Format
- 17 x 24 x 1,2 cm
- Poids
- 374 grammes
- Prix
- 26,00 €
- ONIX XML
- Version 2.1, Version 3
- Date de publication
- 01 février 2010
- ISBN-13
- 978-2-87463-582-3
- Ampleur
- Nombre de pages de contenu principal : 214
- Code interne
- 81895PDF
- Prix
- 15,00 €
- ONIX XML
- Version 2.1, Version 3
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Sommaire
Chapitre 1 Le Soleil, notre étoile 21
1. Introduction ........................................................ 21
2. Principales caractéristiques du Soleil ............................. 21
3. Origine du Soleil ................................................... 21
4. Fusion de l'hydrogène.............................................. 22
4.1. Chaîne proton-proton .......................................... 23
4.2. Le cycle CNO .................................................. 23
5. Fusion nucléaire dans les tokamaks............................... 24
6. Mort des étoiles .................................................... 24
6.1. Combustion de l'hélium ....................................... 25
6.2. Combustion du carbone ....................................... 26
6.3. Combustion de l’oxygène ...................................... 26
7. Diagramme de Hertzsprung-Russell .............................. 26
8. Abondance des éléments........................................... 28
9. Spectres ............................................................. 29
10. Galaxie.............................................................. 30
11. Soleil interne ....................................................... 31
12. La photosphère ..................................................... 32
13. Les taches solaires.................................................. 32
14. Nombre de rotations de Carrington .............................. 32
15. Le cycle d’activité solaire.......................................... 33
16. Diagramme de Maunder ........................................... 34
17. La chromosphère ................................................... 36
18. La couronne solaire ................................................ 37
19. Éruptions solaires .................................................. 37
20. Éjections de masse coronale ....................................... 37
Chapitre 2 L’espace interplanétaire 39
1. Introduction ........................................................ 39
2. Le champ magnétique interplanétaire ............................ 39
3. La surface neutre de l’héliosphère ................................ 40
4. Le champ spiral .................................................... 41
5. La jupe de ballerine et les secteurs ............................... 41
6. Les trous coronaux ................................................. 42
7. Le vent solaire ...................................................... 42
8. Influence de l’activité sur le vent solaire ......................... 43
9. Région d’interaction en co-rotation ............................... 45
10. L’héliosphère ....................................................... 45
11. L’héliopause ........................................................ 46
12. Les comètes......................................................... 47
13. Le noyau des comètes .............................................. 48
14. La chevelure ........................................................ 49
15. La queue de poussière ............................................. 49
16. La queue de plasma ................................................ 49
17. Origine des comètes ................................................ 50
18. Mort des comètes .................................................. 51
19. Étoiles filantes, bolides et météorites ............................. 51
20. Les plasmas de l’espace ............................................ 52
Chapitre 3 Théorie cinétique 55
1. Introduction ........................................................ 55
2. Fonction de distribution des vitesses ............................. 55
3. Définition des grandeurs macroscopiques ........................ 57
4. Équation de Liouville à une particule ............................ 58
5. Équation de Liouville .............................................. 59
6. Équation de Boltzmann ........................................... 59
7. Longueur de Debye ................................................ 61
8. Équation de Vlasov ................................................ 62
9. Équation de Fokker-Planck........................................ 63
10. Propriétés du terme de Boltzmann ............................... 63
11. La fonction de distribution des vitesses de Maxwell............. 65
12. Calcul des premiers moments de la fonction de Maxwell ..... 66
13. Observations de fonctions de distribution des vitesses ........ 68
Chapitre 4 Théorie hydrodynamique : approche macroscopique 73
1. Liens entre l’approche cinétique et l’approche hydrodynamique 73
2. Équation de continuité (conservation de la masse) .............. 73
3. Équation du mouvement (transfert de quantité de mouvement) 74
4. Équation d’énergie (conservation de l’énergie cinétique) ...... 75
5. Approximation d’Euler (5 moments) ............................. 76
6. Approximation de Navier-Stokes.................................. 77
Chapitre 5 Application aux atmosphères 79
1. Introduction ........................................................ 79
2. Équilibre hydrostatique............................................ 79
3. Atmosphère neutre ................................................. 79
4. Équilibre de diffusion et équilibre de mélange ................... 80
5. Atmosphère ionisée ................................................ 81
6. Variation linéaire de la température .............................. 83
7. Variation de l’accélération de la pesanteur avec l’altitude ...... 83
8. Modèle de Chapman pour la couronne solaire ................... 84
9. Modèle hydrodynamique de Parker du vent solaire ............. 84
9.1. Équation de continuité ........................................ 85
9.2. Équation du mouvement ...................................... 85
9.3. Solution de l’équation ......................................... 86
10. Libre parcours moyen .............................................. 88
11. L’exobase ........................................................... 88
12. Orbites des particules dans l’exosphère .......................... 89
13. Vitesse de libération ............................................... 91
14. Satellisation ........................................................ 91
15. Flux d’échappement à l’exobase .................................. 92
16. Échappement du vent solaire...................................... 93
17. Flux d’hydrogène s’échappant de l’atmosphère terrestre...... 94
18. Flux d’hélium s’échappant de l’atmosphère terrestre ........... 95
Chapitre 6 Interactions Soleil-magnétosphère 101
1. Introduction ........................................................ 101
2. Le champ magnétique de la Terre ................................ 101
3. Inversion du champ magnétique terrestre ........................ 103
4. Champ magnétique dipolaire...................................... 103
5. Champ géomagnétique de référence international (IGRF).... 105
6. Magnétosphères planétaires ....................................... 106
7. La magnétosphère terrestre ....................................... 106
8. L’onde de choc ..................................................... 107
9. La magnétopause................................................... 107
10. La queue de la magnétosphère .................................... 108
11. Le Temps Magnétique Local ...................................... 108
12. Les aurores polaires ................................................ 109
13. Les ovales auroraux ................................................ 110
14. Les cornets polaires ................................................ 111
15. Les ceintures de radiation ......................................... 112
16. Découverte des ceintures de radiation par Van Allen ........ 112
17. Les ceintures de radiation artificielles ............................ 113
18. Sources des ceintures de radiation ................................ 114
19. Pertes des radiations spatiales .................................... 115
20. L’Anomalie Sud Atlantique ....................................... 115
21. Modèles des radiations............................................. 116
22. Dynamique des particules piégées ................................ 118
22.1.Effet du cycle solaire........................................... 118
22.2.Mouvement séculaire du champ magnétique ................. 118
22.3.L’anisotropie des protons de basse altitude .................. 118
22.4.Conditions magnétosphériques ................................ 119
23. Ceintures de radiation des autres planètes ....................... 119
24. Interaction du vent solaire avec la magnétosphère ........... 119
Chapitre 7 La météorologie spatiale 121
1. Introduction ........................................................ 121
2. Orages magnétiques................................................ 122
3. Les courants magnétosphériques .................................. 122
4. Variation solaire du champ magnétique .......................... 124
5. Les indices d’activité aurorale..................................... 124
6. L’indice Dst ........................................................ 125
7. L’indice géomagnétique planétaire de Bartels Kp ............... 125
8. Autres indices planétaires d’activité magnétique ................ 126
9. L’indice de flux radio solaire ...................................... 128
10. L’Indice polaire PC ................................................ 128
11. Caractéristiques des indices durant les orages magnétiques.. 128
12. Reconnexion ........................................................ 130
13. Pénétration impulsive.............................................. 131
Chapitre 8 Mouvement des particules chargées 133
1. Introduction ........................................................ 133
2. Équation du mouvement .......................................... 134
3. Mouvement de giration ............................................ 135
4. Mouvement d’oscillation entre deux points miroirs.............. 136
5. Dérive azimutale ................................................... 137
6. Dérive due à la force gravifique ................................... 137
7. Dérive due à la force électrique ................................... 139
8. Dérive due à la force magnétique ................................. 139
9. Dérive due à la courbure des lignes de force magnétiques .. 140
10. Dérive due à la force d’inertie..................................... 141
11. Dérive totale........................................................ 141
12. Les invariants adiabatiques........................................ 142
12.1.Premier invariant adiabatique................................. 143
12.2.Second invariant adiabatique.................................. 143
12.3.Troisième invariant adiabatique............................... 144
13. Les coordonnées (B, L) ............................................ 144
Chapitre 9 L’ionosphère et la plasmasphère 147
1. Couches ionosphériques ............................................ 147
2. Un peu d’histoire................................................... 148
3. Photo-ionisation .................................................... 149
4. Taux de production électronique.................................. 149
5. Taux de disparition électronique ................................. 150
6. Variation de la densité électronique au cours du temps ....... 150
7. Couche de Chapman ............................................... 151
8. Perturbation dans le positionnement par satellites .............. 152
9. Propagation des ondes dans l’ionosphère......................... 152
10. Atténuation des ondes ............................................. 152
11. Variabilité de la densité avec l’activité géomagnétique....... 154
12. Les courants ionosphériques ....................................... 154
13. L’électrojet auroral................................................ 154
14. Courants électriques reliant la magnétosphère à l’ionosphère 155
15. La circulation du plasma ionosphérique ......................... 155
16. La plasmasphère ................................................... 157
17. La formation de la plasmapause .................................. 157
18. Les satellites CLUSTER et IMAGE .............................. 158
19. Les champs électriques magnétosphériques ...................... 160
19.1.Le champ électrique de co-rotation ........................... 161
19.2.Le champ électrique de convection ........................... 161
20. Le vent polaire ..................................................... 163
Chapitre 10 L’atmosphère neutre de la Terre 165
1. Composition de l’atmosphère sèche............................... 165
2. Hétérosphère/homosphère ......................................... 165
3. Profil de température .............................................. 167
4. La troposphère ..................................................... 167
4.1. Les gaz non dominants ........................................ 168
4.2. Chimie troposphérique......................................... 170
5. La stratosphère..................................................... 170
5.1. L’ozone stratosphérique ou couche d’ozone .................. 170
5.2. Aérosols stratosphériques ...................................... 171
6. La mésosphère...................................................... 172
6.1. Mesures dans la mésosphère................................... 173
6.2. Nuages mésosphériques polaires .............................. 174
7. La thermosphère ................................................... 174
8. L’exosphère ......................................................... 175
Chapitre 11 Effets du rayonnement solaire 177
1. Introduction ........................................................ 177
2. Le rayonnement émis par le Soleil ................................ 177
3. Spectre solaire ...................................................... 178
4. Lois du corps noir .................................................. 178
5. La constante solaire ................................................ 180
6. Équilibre radiatif ................................................... 181
7. Changements climatiques.......................................... 182
8. Petite glaciation .................................................... 183
9. Le rayonnement cosmique ......................................... 183
10. Fenêtre optique..................................................... 184
11. Effet du rayonnement solaire et réactions chimiques .......... 185
12. Évolution temporelle d’un système physico-chimique ........ 186
13. Mécanisme de Chapman pour la production de l’ozone...... 187
14. Évolution de l’atmosphère......................................... 188
15. Les phénomènes lumineux éphémères ............................ 189
15.1.Les sylphes ..................................................... 189
15.2.Les jets bleus ................................................... 189
15.3.Les elfes ......................................................... 189
Chapitre 12 Les atmosphères planétaires 191
1. Introduction ........................................................ 191
2. Caractéristiques des planètes...................................... 191
3. Mercure ............................................................. 192
4. Vénus ............................................................... 193
5. Mars ................................................................ 194
6. Astéroïdes .......................................................... 196
7. Jupiter .............................................................. 196
8. Saturne ............................................................. 197
9. Uranus .............................................................. 198
10. Neptune............................................................. 199
11. Pluton............................................................... 199
12. Les exoplanètes..................................................... 199
Liste des symboles 201
Bibliographie 203
Sources des illustrations 213