Study of the Solar Wind Interaction with Mars: Implications on the Atmospheric Escape Mechanisms
Étude de l'Interaction du Vent Solaire avec Mars: Implications sur les Mécanismes d' Échappement Atmosphérique
Résumé
We analyze the solar wind interaction with Mars from Mars Global Surveyor (MGS) Magnetometer / Electron Spectrometer (MAG/ER) data in order to deduce constraints on non-thermal atmospheric escape mechanisms related to this interaction. We analyze high-amplitude highly coherent waves at the local proton cyclotron frequency never reported before. A theoretical study based on linear wave growth theory reveals that these waves are associated to the exospheric H+ pickup process. However, the characteristics of these waves and MHD Hall multi-fluid simulations suggest that nonlinear effects are involved in their origin. Theoretical studies are needed in order to establish constraints on exospheric model parameters and on the atmospheric loss rate from the properties of these waves. We also characterize the magnetic pileup boundary (MPB), a permanent plasma boundary located between the bow shock and the ionosphere. From a study of the magnetic field topology we demonstrate that the magnetic field line draping is strongly accelerated across the MPB. Equivalently, we demonstrate for the first time the existence of a MPB at Venus. Thus, the MPB is revealed to be a common boundary to all weakly magnetized, atmospheric bodies whose nature is deeply related to the multi-ion nature of their interaction.
Cette thèse s'intéresse à l'étude de l'interaction du vent solaire avec Mars à l'aide des données obtenues par les magnétomètres et le spectromètre d'électrons MAG/ER à bord de la sonde Mars Global Surveyor (MGS) pour en déduire des contraintes sur les mécanismes d'échappement non thermiques à l'issue de cette interaction. Tout d'abord, nous analysons des ondes de très grande amplitude et fortement cohérentes à la fréquence locale de giration des protons qui ont été observées pour la première fois. Une analyse théorique sur la génération de ces ondes dans le cadre de la théorie linéaire permet de les associer au phénomène d'implantation des H+ d'origine exosphérique. Pourtant, la nature de ces ondes ainsi que des simulations MHD Hall multi-fluide montrent que ces ondes ont une origine non linéaire. Des études théoriques supplémentaires seront donc nécessaires afin d'établir à partir des propriétés de ces ondes des contraintes sur les paramètres des modèles d'exosphère actuels et sur le taux d'échappement atmosphérique. D'autre part, nous caractérisons exhaustivement la frontière d'empilement magnétique (MPB), une frontière plasma permanente entre l'onde de choc et l'ionosphère. En particulier grâce à une étude de la topologie du champ magnétique, nous démontrons que l'enroulement de lignes de champ est fortement accéléré lorsque la MPB est franchie. Cette étude nous permet également de démontrer l'existence de la MPB autour de Vénus où la frontière n'avait jamais été identifiée. En conséquence, les résultats de cette thèse montrent que cette frontière est commune à tous les objets atmosphériques faiblement magnétisés et le fait que son existence est profondément liée à la nature multi-ionique de leur interaction.
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