Wave characteristics analysis in the vicinity of shocks in space plasmas : cLUSTER satellite observations, numerical simulation and interpretation
Analyse des caractéristiques d'ondes au voisinage des chocs dans des plasmas spatiaux : observations des satellites CLUSTER, modélisation et interprétation
Résumé
The doctoral thesis is devoted to the investigation of wave processes in the vicinity of space plasma shocks. The numerical modelling of the Langmuir wave propagation in a plasma with random density inhomogeneities was performed and its results were compared with experimental data obtained by WHISPER and WBD instruments of the CLUSTER spacecraft project. The analysis results showed that the Central Limit Theorem is not applicable to the Langmuir wave intensity statistics in the Earth’s foreshock and the solar wind, because of insufficient number of inhomogeneities affecting the amplitude of the waves. Consequently the normal distribution of the probability distribution function for logarithm of wave energies is not achieved. The remote sensing of quasi-perpendicular part of the Earth’s bow shock front was performed using the analysis of the modulation of Langmuir, upshifted and downshifted wave intensities close to the foreshock boundary. The probability of the shock front nonstationarity observation was found to grow with shock Mach number. The transition radiation of the relativistic electrons at the interplanetary quasi-perpendicular shock front was calculated to explain the mechanism of electromagnetic emission observed by satellites near the shock front on January, 22, 2004. The parameters of the calculation corresponded to the actual parameters of the event. The theoretically predicted spectrum of transition radiation has its maximum in the same frequency region as in the measurements.
Cette thèse est consacrée à l’étude des processus d’ondes au voisinage des chocs dans les plasmas spatiaux. La propagation des ondes de Langmuir dans un plasma présentant des inhomogénéités aléatoires de densité a été modélisée numériquement; les résultats obtenus ont été comparés aux données des instruments WHISPER et WBD à bord des satellites CLUSTER. Les résultats de modélisation et l’étude statistique portant sur l’intensité des ondes de Langmuir observées dans le préchoc terrestre et le vent solaire ont montré que le théorème central limite n’est pas applicable aux statistiques sur l’intensité, du fait du nombre insuffisant d’inhomogénéités. Il en résulte que la fonction de distribution de probabilité pour le logarithme des énergies d’ondes n’atteint pas la distribution normale. D’autre part la détection à distance de la zone quasi-perpendiculaire du front de choc terrestre a pu être effectuée en analysant la modulation des ondes de Langmuir et celle des ondes électrostatiques avec fréquence décalée à proximité de la limite du pré-choc. Il a été montré que la probabilité d’observation de la non-stationnarité du front de choc augmente avec le nombre de Mach du choc. Enfin le rayonnement de transition des électrons relativistes au front de choc quasi-perpendiculaire a été calculé pour expliquer le mécanisme de l’émission électromagnétique observée par les satellites près du front de choc interplanétaire le 22 janvier 2004. Les paramètres du calcul correspondent aux véritables paramètres de l’évènement. Le spectre du rayonnement de transition établi théoriquement a son maximum dans le même domaine de fréquence que pour les mesures.
Origine : Version validée par le jury (STAR)
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