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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
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However, from the 90’s it is believed that there are two
different mechanisms
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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
However, from the 90’s it is believed that there are two
different mechanisms
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Transporte de partículas solares
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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
However, from the 90’s it is believed that there are two
different mechanisms
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Ondas de choques y sitios de reconección magnética son aceleradores de partículas
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Viaje de Rayos Cósmicos ExtraHeliosféricos
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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
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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
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Acumulación de ‘grumos’ en el frente del sistema solar
http://voyager.jpl.nasa.gov/news/probes_suggest.html
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Película (peli2)
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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]
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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
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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)
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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
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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").
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Buenos Aires at 34°32’S, 58°26’W
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Variación secular (evolución temporal de Bgeo)
a) Dipolo centrado b) Dipolo
descentrado c) IGRF
d) IGRF+TSY01
Fin clase 5
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