Transport and energization of planetary ions in the magnetospheric flanks of Mercury - Laboratoire de Physique des Plasmas (LPP) Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2019

Transport and energization of planetary ions in the magnetospheric flanks of Mercury

Transport et énergisation des ions planétaires dans les flancs magnétosphériques du mercure

Sae Aizawa

Résumé

The transport and energization of planetary ions within Kelvin-Helmholtz (KH) vortices developing in the magnetospheric flanks of Mercury are investigated using both numerical methods and data analysis. Due to the presence of heavy ions of planetary origin (e.g., O^+, Na^+, and K^+) and the complicated field structure present during the KH vortex development, the scale of electric field variations can be comparable to that of the ion gyromotion. Therefore, ions may experience non-adiabatic energization as they drift across the magnetopause. In this study, we focus on the effects of the spatial/temporal variations of the electric field along the ion path. We show that the intensification, rather than the change in orientation, is responsible for large non-adiabatic energization of heavy ions of planetary origin. This energization systematically occurs for ions with low initial energies in the direction perpendicular to the magnetic field. The energy gain is of the order of the energy corresponding to the maximum ExB drift speed. It is also found that the ion transport across the magnetopause is controlled by the orientation of the magnetosheath electric field. Analyzing data from MESSENGER allow us to compare the observational facts with our numerical results. We find that the counts of Na^+-group detected by FIPS increase with the existence of KH waves, which is consistent with our numerical results. Although some differences in the energy distribution are expected in our numerical results, the data show no significant differences. This will be the subject of further studies using the newly developed BepiColombo instruments.
Dans cette thèse, par des méthodes numériques et l’analyse de données, le transport et l’accélération d’ions suite aux tourbillons KH qui peuvent se développer dans les flancs de la magnétosphère de Mercure sont examinés. Ici, l’échelle des variations du champ électrique peut être comparable à celle du mouvement de giration des ions lorsque les ions lourds d’origine planétaire (e.g., O^+, Na^+, ou K^+) se combinent à la complexité des champs électromagnétiques issus du développement des tourbillon KH. Les ions peuvent donc être accélérés de façon non-adiabatique lors de leur passage à travers la magnétopause de Mercure. Nous nous concentrons sur les effets des variations spatiale/temporelle du champ électrique le long du trajet ionique. Nos résultats montrent que l’intensification du champ, plutôt que le changement de son orientation, est responsable de l’accélération non-adiabatique à grande échelle des ions. Cette accélération se produit systématiquement pour les ions ayant des faibles énergies initiales dans la direction perpendiculaire au champ magnétique. Le gain énergétique étant du même ordre que l’énergie correspondant à la vitesse maximale de dérive ExB. Le transport des ions est aussi contrôlé par l’orientation du champ électrique de la magnetogaine. Comparant les données de MESSENGER, nous pouvons conclure que le nombre d’ion du groupe Na^+ détectés par FIPS augmente avec la présence d’ondes KH. Bien que nos résultats numériques supposent certaines différences dans la distribution énergétique des ions, nous n’avons pas trouvé de telles disparités. Pour mieux étudier ces conclusions, des études plus approfondies basées sur BepiColombo s’avèrent nécessaires.
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Identifiants

  • HAL Id : tel-02550545 , version 2

Citer

Sae Aizawa. Transport and energization of planetary ions in the magnetospheric flanks of Mercury. Plasma Physics [physics.plasm-ph]. Sorbonne Université; Tohoku gakuin university (Sendai, Japon), 2019. English. ⟨NNT : 2019SORUS442⟩. ⟨tel-02550545v2⟩
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