EFECTOS DE LAS TORMENTAS ELÉCTRICAS EN LOS RAYOS

CÓSMICOS DETECTADOS EN LA SUPERFICIE TERRESTRE

Examen de Grado Presentado por:

JESÚS ALVAREZ CASTILLO

Para Obtener el grado de Maestro en Ciencias de la Tierra con Orientación en Física Espacial.

MARZO 2008

INTRODUCCIÓN

Los Rayos Cósmicos son partículas cargadas, que consisten de núcleos de átomos ordinarios que fueron despojados de sus electrones.

Mientras que las tormentas eléctricas, son aquellos fenómenos atmosféricos que presentan truenos y relámpagos. Lo cual es evidencia de la actividad eléctrica.

La conexión entre estos dos fenómenos es mediante el campo eléctrico de las tormentas eléctricas, que son capaces de acelerar o frenar rayos cósmicos secundarios.

ANTECEDENTES

Referencia Lugar Técnica Medición del Campo Eléctrico Resultados

Alexeenko et al (1985) Baksan Centelladores Sí -1% en Muones y

2% EM

Aglietta et al (1999) Gran Sasso Centelladores No +5% Muones y EM

Aleeksenko (2001) Baksan Centelladores Sí PCD, 0.5% en

Muones y 1% EM

Muraki et al (2004) Norikura Contadores prop.

y centelladores Sí AP, +1 en EM y Muones

Khaerdinov et al (2005) Baksan Centelladores Sí Inc. y Dec. de

muones y EM, CD.

González y Valdés-Galicia

(2006)México Monitor de

Neutrones No 0.2% en Neutrones

OBJETIVOS

Estudiar el efecto de las Tormentas Eléctricas, con datos de la Ciudad de México, para verificar si hay efectos importantes a estas latitudes geomagnéticas, empleando:

Datos del Telescopio de muones de Ciudad Universitaria [Componente Muónica y Electromagnética (EM)].

Datos de Tormentas Eléctricas del Aeropuerto Internacional de la Ciudad de México.

CONSIDERACIONES

Geometría del Instrumento

El telescopio de muones se basa en las coincidencias. Y debido a su geometría es capaz de detectar tanto la componente dura, como la blanda de la radiación cósmica.

Variaciones en la Intensidad

La intensidad medida por un instrumento es:

(1)

las variaciones totales de la intensidad cósmica son:

(2)

donde: (3)

( ) ( ) ( )dRRIxRSxRNcR

ic

i ,, ∫∞

=

( )( ) ( ) ( )

( ) ( ) ( )( ) ( )dRxRWRI

RIdRxRW

xRS

xRSRxRW

xRN

xRNc

ccc

c R

iR

iRR i

i

ciR

ci

ci

∫∫∞∞

++−= ,,,

,,

,

, δδδδ

( ) ( ) ( )( )xRN

RIxRSxRW

ci

iiRc ,

,, =

METODOLOGÍA

Selección de Datos

Se tomaron datos de Rayos Cósmicos Secundarios (RCS) del 2004 (cerca del mínimo solar).

Se eliminaron datos de RCS con variaciones en el campo geomagnético (Kp > 20), y durante Decrecimientos Forbush.

Se realizaron correcciones por presión y temperatura.

Se eligieron los datos durante la ocurrencia de Tormentas Eléctricas (TE). Considerando solo 25 (> 2 horas).

Análisis Realizados

Filtrado.

Prueba Estadística (Kolmogorov-Smirnov)

Análisis de Tiempo-Frecuencia (wavelet).

RESULTADOS

Filtrado

Las Variaciones durante TE fueron:

±0.5% a ±1.2% en EM ±0.6% a ±0.9% en Muones

(La Máxima Variación Detectada fue ±1.9% en EM)

Variaciones de la intensidad de RCS durante TE y DQ.

0

2

4

6

8

10

12

0.5 - 0.6 0.6 - 0.7 0.7 -0.8 0.8 - 0.9 0.9 - 1.0 1.0 - 1.1 1.1 -1.2 > 1.2

Máximas Variaciones de la Tasa de Conteo (%)

# E

ve

nto

s

ET MT EQ MQ

Prueba Estadística

Los dos resultados posibles, era que se validará una de las siguientes hipótesis:

Hipótesis cero (H0): Las tormentas eléctricas y los días quietos tienen la misma distribución acumulativa.Hipótesis uno (H1): Las tormentas eléctricas y los días quietos tienen distribuciones acumulativas diferentes.

El resultado fue la validación de la hipótesis H1.

Análisis Wavelet (Alrededores de la TE)

Durante TE: 44% de los eventos muestran un importante incre- mento en la magnitud de las variaciones EM.

Antes y después de la TE: 56% con incrementos en EM. 100% variaciones en muones.

A fin de tener parámetros de comparación se seleccionaron 25 días, donde no hay presencia de tormentas eléctricas y son días quietos magnéticamente.

Análisis Wavelet (Días Quietos)

Las variaciones son de alta frecuencia, principalmente de10-44 minutos; no se pueden ver frecuencias más altas, debido a que cada muestra se obtiene en 5 minutos.

Análisis Wavelet (Período de la TE)

Las periodicidades durante TE son de alta frecuencia (10-44 minutos). Esto es, el 96% en EM y 92% en muones.

En DQ las variaciones más prominentes son en periodicidades de 2-5 horas.

0

24

68

10

10-16 17-23 24-30 31-37 38-44 > 50

Período (minutos)

# Ev

ento

s

ET MT

0

5

10

0-1 1-2 2-3 3-4 4-5 > 5

Período (horas)

# E

ven

tos

EQ MQ

La distribución de potencias durante TE y DQ es muy semejante.

0

2

4

6

8

10

12

14

16

0 - 2 2 - 4 4 - 6 6 - 8 8 - 10 10 - 12 12 - 14 14 - 16 > 16

Integral del Espectro Global (Potencia Cuadrada)

# E

ven

tos

ET MT EQ MQ

CONCLUSIONES

Las variaciones durante TE son de: ±0.7 a ±0.9%, en promedio.

Las TE y los DQ tienen distribuciones diferentes.

Durante TE se presentan dos componentes de frecuencia importantes.

Durante TE las frecuencias son mayores que en DQ.

Las variaciones de potencia durante TE pueden ser mucho mayores que en DQ.