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La structure complexe de la magnétosphère est le résultat des interactions entre les particules chargées provenant des couches supérieures de l'atmosphère terrestre, dont le mouvement est guidé par le champ magnétique de la Terre, et les particules du vent solaire transportant le champ magnétique interplanétaire. La magnétosphère peut être définie comme l'espace rempli principalement par les particules d'origine terrestre. 

La limite de la magnétosphère

La nature de la magnétosphère est illustrée par l'analogie suivante. Imaginez un bateau qui se déplace sur la mer. Devant le bateau une vague est formée: cette vague délimite la région dans laquelle le bateau perturbe l'écoulement de l'eau. L'eau derrière la vague est obligée de couler lentement autour de la coque du bateau. Derrière le bateau un sillage se forme. 

L'interaction entre le vent solaire et la magnétosphère est très semblable à l'écoulement de l'eau autour du bateau. Le vent solaire se compose de particules qui sont principalement d'origine solaire. Il s'infiltre par le champ magnétique interplanétaire. Une onde de choc est formée devant la magnétosphère de la Terre, délimitant la région où le flux du vent solaire est affecté par la présence de la Terre.

A hauteur de l'onde de choc, le vent solaire supersonique est ralenti et devient subsonique. Le vent solaire dans la magnétogaine, la région entre le bouclier et la magnétosphère de la Terre, est obligé de couler autour de la magnétosphère de la Terre et est comprimé. La surface externe imperméable de la magnétosphère, où la pression totale (la somme de la pression dynamique et des pressions thermiques et magnétiques) du vent solaire comprimé équilibre précisément toute la pression à l'intérieur de la magnétosphère, s'appelle la magnétopause.

la magnétopause a une forme ovale et s'étire dans la direction opposée au Soleil, formant une longue queue, qui dans un sens est semblable au sillage derrière le bateau. Le point subsolaire, également connu officieusement sous le nom de "nez" de la magnétopause, est normalement situé à une distance ascendante d'environ 10 rayons terrestres (R_E), alors que la distance du bouclier est en général de 15 R_E. La longueur de la queue s'exprime en centaines de R_E. 

Notez les régions particulières au-dessus des pôles magnétiques (cusp), où le vent solaire peut entrer relativement facilement dans la magnétosphère. 

La magnétosphère n'est pas une structure statique. Elle est en mouvement constant, car l'orientation du dipôle magnétique de la Terre change avec la rotation quotidienne de celle-ci et sa révolution annuelle autour du Soleil, alors que le vent solaire se caractérise par une forte variabilité temporelle sur des échelles de temps, allant de secondes à des années. Les dimensions et les formes des régions peuvent changer dans le temps à cause de la variabilité naturelle. Par exemple, quand la matière d'une éruption de la couronne solaire ( une éjection de masse coronale) se propage à travers l'espace interplanétaire et atteint la Terre, la pression dynamique du vent solaire est fortement augmentée, de telle sorte que le bouclier et la magnétopause sont poussés vers l'intérieur, produisant un orage magnétosphérique.

Un des effets des fluctuations mineures continues de la pression dynamique du vent solaire est le mouvement d' oscillation de la magnétopause. Des fluctuations spatio-temporelles sont également connues pour rendre celle-ci semi-perméable, et permettre au plasma de la magnétogaine de la traverser, formant donc la couche limite magnétosphérique. 

L'intérieur de la magnétosphère

Tandis que le comportement du plasma dans les régions externes de la magnétosphère est dominé par les conditions du vent solaire, l'intérieur de la magnétosphère est fortement lié à l'ionosphère de la Terre. On peut facilement comprendre que la région interne, appelée plasmasphère, qui se compose d'un plasma dense et froid d'origine principalement ionosphérique, doit plus ou moins tourner avec la Terre. La plasmasphère est située sur les lignes terrestres fermées du champ magnétique. Sa limite externe s'appelle la plasmapause. La plasmathrough est située en dehors de la plasmapause; il se trouve également sur les lignes fermées du champ. Elle est très fine et ne tourne pas avec la Terre. 
 

La queue de la magnétosphère est principalement constituée de deux lobes, de polarité magnétique opposée. Chaque lobe est l'extension magnétosphérique des lignes du champ magnétique provenant de l'ionosphere polaire. Les lobes sont séparés par le feuillet plasmique qui contient le plasma chaud. Le feuillet plasmique est une région très dynamique. Les changements dans le champ magnétique interplanétaire peuvent déclencher un comportement instable dans cette région (selon un processus connu sous le nom d'orage magnétosphérique). Le feuillet de plasma est situé sur les lignes du champ magnétique qui ont leur point d'ancrage ionosphérique dans l'ovale auroral; les particules chaudes du feuillet plasmique sont donc responsables de l'apparition des aurores.

Les ceintures de radiations

Pour plus de facilité, la figure ci-dessus n'inclut pas les ceintures de radiations : ce sont des régions qui contiennent des particules très énergétiques "piégées" par le champ magnétique de la Terre; elles tournent autour de la Terre sur des orbites compliquées. De telles particules proviennent de différentes sources; certaines viennent du vent solaire, d'autres de l'atmosphère supérieure de la Terre, d'autres encore des rayons cosmiques provenant de l'univers lointain.

La géocouronne

La magnétosphère est un plasma sans collisions presque totalement ionisé. Néanmoins, un grand nuage d'hydrogène neutre entoure la Terre, la géocouronne. Puisque les collisions sont très rares, ce nuage neutre peut co-exister avec relativement peu d'interférence avec le plasma dans les régions intérieures de la magnétosphère. 

Les vagues provoquées par un bateau. (Crédit image Arnold Paul)
Cette vue d'artiste montre l'onde de choc permanente qui se forme lorsque le vent solaire rencontre la magnétosphère de notre planète. (Copyright: ESA/AOES Medialab)