Ruimtedeeltjes
De ruimte is niet zo leeg als op het eerste zicht lijkt, vooral niet in de buurt van de aarde. De ruimteomgeving van de aarde is zeer complex en vol met deeltjes van verschillende energieniveaus en oorsprongen. Sommige daarvan vormen de stralingsomgeving van de aarde.
De studie van de effecten van ruimtestraling op de atmosfeer is zeer belangrijk, zowel voor het klimaat - in het geval van geïnduceerde ionisatie - als voor de veiligheid van de mens - in het geval van geïnduceerde straling. In dit verband is het van groot belang om zowel de dynamiek van ruimtestraling als de effecten ervan op de atmosfeer te begrijpen.
Met behulp van de Van Allen-ruimtesondes en andere satellietwaarnemingen zoals PROBA-V hebben we de grenzen van de stralingsgordel en de poollichtgebieden bestudeerd [1]. Dit poollicht ontstaat wanneer energetische deeltjes afkomstig van de plasmaschijf ('plasmasheet') neerslaan in de aardatmosfeer en de atmosferische bestanddelen gaan exciteren. Het poollicht bevindt zich over het algemeen op hogere breedtegraden dan de buitenste stralingsgordel, maar verbindingen worden vooral aangetroffen tijdens geomagnetische stormen die door uitbarstingen op de zon worden opgewekt [2], wanneer beide grenzen zich in de richting van de evenaar bewegen.
Atmosferische simulaties
Als onderdeel van het EURAMET Biosphere project dat in 2022 van start is gegaan, willen we zowel de ionisatie als de stralingsdosissen in de hele atmosfeer kwantificeren door verschillende primaire deeltjes en spectra te simuleren, waarbij Galactic Cosmic Rays (GCR), Solar Cosmic Rays (SCR) en Radiation Belts (RBs)-spectra worden nagebootst. De simulaties worden uitgevoerd met de Atmospheric Radiation Interaction Simulator (AtRIS), gebaseerd op de door het CERN ontwikkelde GEANT4-code. Een belangrijk aandachtspunt is het onderzoeken van de evolutie in de tijd van de ionisatie en de stralingsdosis tijdens belangrijke gebeurtenissen, zoals gebeurtenissen met energetische deeltjes afkomstig van de zon (Solar Energetic Particles, SEP) of intense geomagnetische stormen.
Uitgaande van de grenswaarden voor de rigiditeit die zijn berekend op basis van het Internationale Geomagnetische Referentieveld (IGRF), komen de voorlopige simulaties met alleen GCR-protonen tijdens rustige omstandigheden goed overeen met de literatuur:
- Het ionisatiemaximum (het Pfoltzer-maximum) bevindt zich op ongeveer 12 km hoogte.
- De ionisatie is altijd maximaal op hoge geomagnetische breedtegraden, waar de geomagnetische veldlijnen het aardoppervlak kruisen en waar de rigiditeitsgrens bijna nul is.
Referenties
[1] Pierrard V., E. Botek, J.-F. Ripoll, S. A. Thaller, M. B. Moldwin, M. Ruohoniemi, G. Reeves (2021), Links of the plasmapause with other boundary layers of the magnetosphere: ionospheric convection, radiation belts boundaries, auroral oval, Frontiers in Astronomy and Space Sciences, 05, Coupled Feedback Mechanisms in the Magnetosphere-Ionosphere System, DOI: 10.3389/fspas.2021.728531.
[2] Rouillard A.P., Viall N., Vocks C., Wu Y., Pinto R., Lavarra M., Matteini L., Pierrard V., Sanchez-Diaz E., Alexandrova O., Lavraud B. (2021), The solar wind, Book Chapter in Solar Physics and Solar wind, AGU Monograph, ed. Nour-Eddine Raouafi and Angelos Vourlidas, Vol. 1, 1-33, DOI: 10.1002/9781119815600.ch1, ISBN: 978-1-119-50753-6, 320 pp.
