Le halo ionosphérique autour des anneaux de Saturne

Mehdi Bouhram; Jean-Jacques Berthelier; Jean-Marie Illiano; Robert E. Johnson; Robert L. Tokar; Frank J. Crary; Dave T. Young

doi:10.1016/j.crhy.2006.03.001

Astrophysique/Système solaire

Le halo ionosphérique autour des anneaux de Saturne

Présenté par : Pierre Encrenaz

Mehdi Bouhram ¹ ; Jean-Jacques Berthelier ¹ ; Jean-Marie Illiano ¹ ; Robert E. Johnson ² ; Robert L. Tokar ³ ; Frank J. Crary ⁴ ; Dave T. Young ⁴

¹ Centre d'étude des environnements terrestre et planétaires, 4, avenue de Neptune, 94100 Saint-Maur des Fossés, France
² Material science and engineering, University of Virginia, Charlottesville, VA 22904, USA
³ Los Alamos National Laboratory, Los Alamos, NM 87545, USA
⁴ Southwest Research Institute, San Antonio, TX 78238, USA

Comptes Rendus. Physique, High power fiber lasers and amplifiers, Volume 7 (2006) no. 2, pp. 301-306.

Résumé
Abstract

Le survol des anneaux A et B de Saturne par la sonde Cassini lors de son insertion sur son orbite autour de la planète a révélé l'existence d'un halo ionosphérique composé d'ions O⁺ et $O_{2}^{+}$ . Ces observations peuvent s'expliquer par la présence d'une atmosphère d'oxygène moléculaire O₂ autour des anneaux créé par décomposition photolytique de la glace constituant les grains. L'existence de cette atmosphère est rendue possible par la propriété des molécules d'oxygène de ne pas coller à la glace dans les conditions de température des grains et par conséquent de ne pas être perdues lors de leurs collisions avec les grains. Nous présentons un modèle utilisant une approche particulaire pour traiter le transport des neutres et des ions et les différents processus physico-chimiques. Ce modèle rend compte de façon très satisfaisante des observations.

During its insertion on an orbit around Saturn, the Cassini orbiter flew above the A and B rings and observations have revealed the presence of an ionosphere composed of O⁺ and $O_{2}^{+}$ ions. These observations can be explained by the presence around the rings of an atmospheric halo made up of molecular oxygen produced by the photolytic decomposition of the ice which constitutes the grains. At the temperature of the ring particles, oxygen molecules do not stick on the ice and thus are not lost during collisions with grains. A model of the formation of the ionospheric halo is presented based on a test-particle approach to describe the transport and the physical and chemical mechanisms that play an essential role. This model provides a very satisfactory fit with the data.

Reçu le : 2005-07-13
Accepté le : 2006-03-01
Publié le : 2006-03-01

DOI : 10.1016/j.crhy.2006.03.001

Mots-clés : Planétologie, Plasmas, Saturne, Anneaux planétaires, Ionosphère
Keywords: Planetary science, Plasmas, Saturn, Planetary rings, Ionosphere

Affiliations des auteurs :

Mehdi Bouhram ¹ ; Jean-Jacques Berthelier ¹ ; Jean-Marie Illiano ¹ ; Robert E. Johnson ² ; Robert L. Tokar ³ ; Frank J. Crary ⁴ ; Dave T. Young ⁴

¹ Centre d'étude des environnements terrestre et planétaires, 4, avenue de Neptune, 94100 Saint-Maur des Fossés, France
² Material science and engineering, University of Virginia, Charlottesville, VA 22904, USA
³ Los Alamos National Laboratory, Los Alamos, NM 87545, USA
⁴ Southwest Research Institute, San Antonio, TX 78238, USA

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Mehdi Bouhram; Jean-Jacques Berthelier; Jean-Marie Illiano; Robert E. Johnson; Robert L. Tokar; Frank J. Crary; Dave T. Young. Le halo ionosphérique autour des anneaux de Saturne. Comptes Rendus. Physique, High power fiber lasers and amplifiers, Volume 7 (2006) no. 2, pp. 301-306. doi : 10.1016/j.crhy.2006.03.001. https://comptes-rendus.academie-sciences.fr/physique/articles/10.1016/j.crhy.2006.03.001/

Bibliographie
Cité par

[1] W.-H. Ip Plasmatization and recondensation of the Saturnian rings, Nature, Volume 320 (1984), pp. 143-145

[2] W.-H. Ip Exospheric systems of Saturn's rings, Icarus, Volume 115 (1995), pp. 295-303

[3] W.-H. Ip Thermal plasma composition in Saturn's magnetosphere, Planet. Space Sci., Volume 48 (2000), pp. 775-783

[4] D.T. Young; J.-J. Berthelier; M. Blanc; J.L. Burch; A.J. Coates; R. Goldstein; M. Grande; T.W. Hill; R.E. Johnson; V. Kelha; D.J. McComas; E.C. Sittler; K.R. Svenes; K. Szegö; P. Tanskanen; K. Ahola; D. Anderson; S. Bakshi; R.A. Baragiola; B.R. Barraclough; R.K. Black; S. Bolton; T. Booker; R. Bowman; P. Casey; F.J. Crary; D. Delapp; G. Dirks; N. Eaker; H. Funsten; J.D. Furman; J.T. Gosling; H. Hannula; C. Holmlund; H. Huomo; J.-M. Illiano; P. Jensen; M.A. Johnson; D.R. Linder; T. Luntama; S. Maurice; K.P. McCabe; K. Mursula; B.T. Narheim; J.E. Nordholt; A. Preece; J. Rudzki; A. Ruitberg; K. Smith; S. Szalai; M.F. Thomsen; K. Viherkanto; J. Vilppola; T. Vollmer; T.E. Wahl; M. Wüest; T. Ylikorpi; C. Zinsmeyer Cassini plasma spectrometer investigation, Space Sci. Rev., Volume 114 (2004), pp. 1-112

[5] D.T. Young; J.-J. Berthelier; M. Blanc; J.L. Burch; S. Bolton; A.J. Coates; F.J. Crary; M.W. Dunlop; R. Goldstein; M. Grande; T.W. Hill; R.E. Johnson; R.A. Baragiola; V. Kelha; D.J. McComas; K. Mursula; E.C. Sittler; K.R. Svenes; K. Szegö; P. Tanskanen; M.F. Thomsen; S. Bakshi; B.L. Barraclough; Z. Bebesi; D. Delapp; M.W. Dunlop; J.T. Gosling; J.D. Furman; L.K. Gilbert; D. Glenn; C. Holmlund; J.-M. Illiano; G.R. Lewis; D.R. Linder; S. Maurice; H.J. McAndrews; B.T. Narheim; E. Pallier; D. Reisenfeld; A.M. Rymer; H.T. Smith; R.L. Tokar; J. Vilppola; C. Zinsmeyer Composition and dynamics of plasma in Saturn's magnetosphere, Science, Volume 307 (2005), pp. 1262-1264

[6] J.H. Waite; T.E. Cravens; W.-H. Ip; W.T. Kasprzak; J.G. Luhmann; R.L. McNutt; H.B. Niemann; R.V. Yelle; I. Mueller-Wodarg; S.A. Ledvina; S. Scherer Cassini ion and neutral mass spectrometer measurements of oxygen ions near Saturn's A-ring, Science, Volume 307 (2005), pp. 1260-1262

[7] R.L. Tokar; R.E. Johnson; M.F. Thomsen; D.M. Delapp; R.A. Baragiola; M. Francis; D.B. Reisenfeld; B. Fish; D.T. Young; F.J. Crary; A.J. Coates; D.A. Gurnett; W.S. Kurth Cassini observations of the thermal plasma in the vicinity of Saturn's main rings and the F and G rings, Geophys. Res. Lett., Volume 32 (2005), p. L14S04 | DOI

[8] M.S. Westley; R.A. Baragiola; R.E. Johnson; G.A. Barrata Ultraviolet photodesorption from water ice, Planet. Space Sci., Volume 43 (1995), pp. 1311-1315

[9] V.I. Shematovich; R.E. Johnson; J.F. Cooper; M.C. Wong Surface-bounded atmosphere of Europa, Icarus, Volume 173 (2005), pp. 480-498

[10] L.W. Esposito; M. Ocallaghan; K.E. Simmons; C.W. Hord; R.A. West; A.L. Lane; R.B. Pomphrey; D.L. Coffeen; M. Sato Voyager photopolarimeter stellar occultation of Saturn's rings, J. Geophys. Res., Volume 88 (1983), pp. 8643-8649

[11] R.E. Johnson; J.W. Boring; C.T. Reimann; L.A. Barton; J.W. Sieveka; J.W. Garrett; K.P. Farmer; W.L. Brown; L.J. Lanzerotti Plasma ion-induced molecular ejection on the Galilean satellites: energies of the ejected molecules, Geophys. Res. Lett., Volume 10 (1983), pp. 892-895

[12] L.C. Luna, C. McGrath, M.B. Shah, R.E. Johnson, C.J. Latimer, E.C. Montenegro, Dissociative charge exchange and ionization of O₂ by fast H⁺ and O⁺ ions: Energetic ion interactions in the Europa's oxygen atmosphere and neutral torus, Astrophys. J. (2005), sous-presse

[13] W.-H. Ip Electrostatic charging of the rings of Saturn: A parameter study, J. Geophys. Res., Volume 89 (1984), pp. 3829-3836

[14] G.R. Wilson; J.H. Waite Kinetic modeling of the Saturn-ring ionosphere plasma environment, J. Geophys. Res., Volume 94 (1989), pp. 17287-17298

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