Représentation du plasma à l'héliopause

[Cesium135]

Bonjour,

Avec les missions New Horizons, voyager 1 et 2, la NASA communique sur l'étude de l'héliogaine et l'héliopause. Dans les forums dédiés, j'ai souvent lu des choses sur l'étude du plasma lors du choc terminal et la frontière constituée par l'héliopause.
C'est là que j'ai un problème, je croyais avoir compris et comment me représenter l'état de plasma avec des vidéos, mais chaque fois que j'en ai vu c'était dans des conditions de très hautes pressions et très hautes températures. Typiquement, un gaz est compressé à haute température jusqu'à obtenir le fameux plasma. L'héliogaine et l'espace en général sont vides en grande partie. Donc comment peut-on trouver un élément sous forme de plasma dans le vide vu les températures très basses et l'absence totale de pression?
De plus la vitesse des particules issues du vent solaire dans l'héliogaine sont subsoniques (ça aussi ça me fait bizarre de parler de vitesses subsoniques dans le vide mais bon... On va dire que c'est un équivalent d'une vitesse subsonique sur terre). Le vent interstellaire rencontre ces particules à des vitesses équivalentes (sinon l'héliopause recule) donc on ne peut pas parler de choc gigantesque entre particule qui permettrait de créer la pression et la chaleur nécessaires au passage à l'état de plasma.

Donc voilà, si quelqu'un peut m'éclairer (au moins me dire si ça nécessite 3 bouquins d'explications et que c'est difficile d'expliquer ça sur un forum).

Merci!
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[Gilgamesh]

Bonjour,

Avec les missions New Horizons, voyager 1 et 2, la NASA communique sur l'étude de l'héliogaine et l'héliopause. Dans les forums dédiés, j'ai souvent lu des choses sur l'étude du plasma lors du choc terminal et la frontière constituée par l'héliopause.
C'est là que j'ai un problème, je croyais avoir compris et comment me représenter l'état de plasma avec des vidéos, mais chaque fois que j'en ai vu c'était dans des conditions de très hautes pressions et très hautes températures. Typiquement, un gaz est compressé à haute température jusqu'à obtenir le fameux plasma. L'héliogaine et l'espace en général sont vides en grande partie. Donc comment peut-on trouver un élément sous forme de plasma dans le vide vu les températures très basses et l'absence totale de pression? De plus la vitesse des particules issues du vent solaire dans l'héliogaine sont subsoniques (ça aussi ça me fait bizarre de parler de vitesses subsoniques dans le vide mais bon... On va dire que c'est un équivalent d'une vitesse subsonique sur terre). Le vent interstellaire rencontre ces particules à des vitesses équivalentes (sinon l'héliopause recule) donc on ne peut pas parler de choc gigantesque entre particule qui permettrait de créer la pression et la chaleur nécessaires au passage à l'état de plasma.

La densité du milieu interstellaire (MIS) étant très faible, il faut peu de choses pour le chauffer, et par contre il refroidit difficilement, du fait qu'il faut des collisions inélastiques pour qu'un gaz rayonne. Si tu imagines un atome neutre, il va finir tôt ou tard par être percuté par un photon UV d'énergie suffisante pour lui arracher son électron, et va rester longtemps dans cet état. L'état d'équilibre dépend de l'équation de Saha et grosso modo on trouve que le MIS est à l'équilibre avec le rayonnement stellaire à ~10⁴ K (cad qu'il y a toujours assez de photons pour ioniser fortement le milieu).

L'équilibre entre deux compartiments gazeux (ici l'héliosphère et le MIS) est régulée par la pression, qui est égale au produit de la densité par la température.

Comme tu le subodores ce n'est pas l'onde de choc qui est principalement responsable de l'ionisation, mais la raison que tu en donnes, pour ce que j'en comprends, ne me semble pas correcte. Il a bien un choc entre deux milieux à pression différente et ça représente une dissipation d'énergie qui doit participer un chouia à l'ionisation.


Sur la notion même de "température de l'espace" c'est une question récurrente, et toujours délicate à faire comprendre.

Je le reposte en 4 étapes de compréhension.

Température du milieu :

Etape 1 : La température c'est l'énergie moyenne d'agitation des particules. En première approximation l'espace est vide (la densité est 20 ordres de grandeur plus faible que celle de l'atmosphère au niveau du sol). Donc en première approximation, l'espace n'a pas de température.

Etape 2 : En seconde approximation, si faible soit elle, la densité est non nulle. Donc on peut bien définir une température des gaz. Elle est plutôt élevée par rapport à nos standard terrestre, typiquement 10⁴ K. Mais la densité est si faible que la chaleur transmise au corps plongés dans ce gaz ultra ténu est tout à fait négligeable (ce qui justifie la première approximation).

Température du rayonnement:

Etape 3 : la température est une notion qui s'applique non seulement à la matière mais au rayonnement. Un rayonnement "à 10 000 K" c'est le rayonnement à l'équilibre avec un surface à 10 000 K. La Soleil diffuse au niveau de l'orbite terrestre un flux intense (1400 W/m2) de rayonnement à 6000 K.

Etape 4 : mais ceci c'est la température du rayonnement solaire. La température du rayonnement "de l'espace" c'est la température du "noir" de l'espace. Ce noir de l'espace rayonne comme une surface à 3K, qui est la température de l'univers, cad la température des photon émis lors du découplage, qui représente 99,9% des photons de l'univers. Ces photons ont été émis à 3000 K et ils ont subit un redshift d'un facteur 1100 ce qui les amène à la température actuelle.

[Cesium135]

Merci pour tes explications, c'est très intéressant! Ce sont donc de minuscules particules de plasma qui sont captées par la sonde. Dernière précision: quand un article parle de vitesses subsoniques dans l'espace, on parle bien de vitesses équivalentes sur terre? environ 340m/s dans des conditions atmosphériques dites 'normales'?

[Calvert]

on parle bien de vitesses équivalentes sur terre? environ 340m/s dans des conditions atmosphériques dites 'normales'?

Non, il s'agit de la vitesse du son dans le milieu en question. Si je ne fais pas d'erreur, on trouve typiquement des valeurs de quelques dizaines de kilomètres par seconde, dépendant de la température.

[A voir en vidéo sur Futura]

[Gilgamesh]

Merci pour tes explications, c'est très intéressant! Ce sont donc de minuscules particules de plasma qui sont captées par la sonde. n

Disons plus directement : des ions ou des électrons