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El transporte de las astropartículas en la heliosfera y magnetosfera

Sergio Dasso1,2 1 Instituto de Astronomía y Física del Espacio (IAFE), CONICET-UBA, Argentina

2 Departamento de Física, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, UBA, Argentina

Departamento de Física Juan José Giambiagi

Astropartículas y Física Solar – LAGO. Univ. San Francisco de Quito, 20-24 enero, 2014

Clase 5:

•Población de APs en el viento solar •Ingreso de GCRs a la heliosfera •Transporte de APs en heliosfera

•Transporte de APs en magnetosfera


However, from the 90’s it is believed that there are two

different mechanisms


Aceleradores de CRs dentro de la heliosfera

Flares: impulsivos, reconección magnética Choques: graduales, origen controversial de las semillas, no es clara la eficiencia de choques coronales/IP

Transporte de partículas solares


ICMEs: D > 1.2 UA

Parker spiral: D ~ 1.2 AU

Earth

Earth

Interplanetary magnetic field lines

particles emission

Velocity dispersion analysis (13-130 MeVs + NMs ~ GeV)

Length travelled by energetic particles from injection and arrival time of particles

with different energies

Masson et al., A&A 2012

Ranges of all GLEs events from Jul 2000 to Dec 2006

Topology of IMF is crucial for propagation of energetic particles

Solar Energetic Particles (SEPs) can: Travel along B connected to SW & magnetosphere

Enter into de polar caps Reach low altitudes

Ondas de choques y sitios de reconección magnética son aceleradores de partículas


Viaje de Rayos Cósmicos ExtraHeliosféricos


Voyager 1

•Voyager 1 y 2: -Objetos mas lejanos construidos por el hombre -Gemelas con diferentes trayectorias, viajan unas 4 UA por año -V1 fue lanzado en 1977 •V1 cruzó la 1er frontera de la heliosfera (~94 UA) el 17/12/2004 y entró en la funda magnética (donde se mezclan el VS y el gas interestelar) •El VS se frena como los autos al llegar a un embotellamiento (el campo magnético se acumula como lo hace la densidad de autos) •Se cree que V1 ingresó en el medio interestelar en agosto de 2012, pero recién se pudo confirmar luego de análisis exhaustivos en sep 2013 http://www.jpl.nasa.gov/news/news.php?release=2013-277 •Posición actual de V1 y V2 (on line) en: http://voyager.jpl.nasa.gov/where/index.html

Burlaga et al., Science, 2005

El borde de la heliosfera


Película (peli1)

Acumulación de ‘grumos turbulentos’ en la heliofunda de la heliosfera

Opher et al., ApJ, 2011

Aniquilación turbulenta del campo magnético ordenado ‘en sectores’, con consecuente dispersión de CRs. Simulaciones numéricas y Observaciones de Voyager 2


Acumulación de ‘grumos’ en el frente del sistema solar

http://voyager.jpl.nasa.gov/news/probes_suggest.html


Película (peli2)

Modulación y ciclo solar

• En máximo mayor modulación: - mayor B → menor κ⊥ - mayor cantidad de GMIRs (barreras)

• En mínimo menor modulación: - menor B → mayor κ⊥ - menor cantidad de GMIRs

Cada 11 años se invierte la polaridad del dipolo solar y consecuentemente, el mecanismo de ‘drift’ produce cambios en dirección de llegada de CRs:

• A>0 (B saliente en norte): se favorece ingreso polar

• A<0 (B saliente en sur): se favorece ingreso ecuatorial

Hoja de corriente heliosférica sin ondulaciones solo en un lapso chico

en el centro del mínimo solar.

A medida que se empieza a ondular, el flujo disminuye

El flujo de CRs permanece en nivel alto durante el mínimo solar

[Cliver et al., 2001]


Transport Equation for Energetic Particles

Charged particles are ‘guided’ by the IMF

lines, which are dragged by the SW

(Fokker-Planck) K(s) depends on anisotropy of magnetic

fluctuations (λc// and λc

⊥) [e.g.., Jokipii, ApJ’66]

Drift Theory (magnetic mirrors, grad or curvature of B, etc)

Pickup ions (anomalous CRs)

Expansion/Compression of plasma parcels


Fallas en naves espaciales son más comunes sobre el Atlántico Sur. La debilidad local del campo magnético terrestre permite un nivel más elevado de partículas

cargadas que pueden dañar los sistemas electrónicos a bordo

Anomalía del atlántico sur (descubierta en 1958)

Los científicos y operadores de satélites tratan de blindar instrumentos y computadoras para protegerlas de partículas energéticas espaciales. Limitan su uso cuando circulan a través de la Anomalía

Es causada por que la Tierra NO es concéntrica con el dipolo

geomagnético

Mapa del nivel de radiación a altitud 560 km

Mapa del fallas en computadoras de satétile

Región en la que el cinturón de radiación de van Allen se acerca a la Tierra (alcanza h~200 km)


http://en.wikipedia.org/wiki/File:ROSAT_SAA.gif�

SAC-D Payload ( 5) Aquarius/SAC-D Observatory Instruments ( 7)

• ICARE (Influence of Space Radiation on Advanced Components)- CNES •Effect of cosmic radiation on advanced electronic components

Results from ICARE on SAC-C


Rigidity: R=cp/q

Un rayo cósmico que se acerca a la Tierra, primero se encuentra con el campo geomagnético. Este campo magnético, dependiendo

de la energía y otras propiedades de la partículas, repele la partícula. Aquellas que logran pasar, son deflectadas por el campo magnético. Computadoras son usadas para simular como viajan los rayos cósmicos en este campo magnético, y determinar así de donde arrivan (su dirección asintótica o "asymptotic direction").


Buenos Aires at 34°32’S, 58°26’W


Variación secular (evolución temporal de Bgeo)

a) Dipolo centrado b) Dipolo

descentrado c) IGRF

d) IGRF+TSY01

Fin clase 5

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