Kozmické poasie a energetické astice v kozme De otvorených dverí, Košice 26.11.2008 Ústav experimentálnej fyziky SAV Košice Oddelenie kozmickej fyziky Karel Kudela kkudela@kosice.upjs.sk
o je kozmické poasie (KP) a preo je to zaujímavé? Aké sú vzahy KP a kozmických astíc? preo v Košiciach a na ÚEF SAV?
1. o je to? Pojmom kozmické poasie sa oznaujú podmienky na Slnku, v medziplanetárnom priestore (v slnenom vetre), v magnetosfére, ionosfére a termosfére Zeme, ktoré môžu ovplyvni funknos a spoahlivos kozmických, leteckých a pozmených technologických systémov a môžu negatívne vplýva na zdravie a život udí. [US definícia, 1995].
Kozmické poasie je fyzikálny a fenomenologický stav kozmického prostredia. Prostredníctvom pozorovania, monitoringu, analýzy a modelovania je s tým spojená disciplína zameraná na 1) Pochopenie a predikciu stavu Slnka, medziplanetárneho a planetárneho prostredia, a porúch vyvolaných alebo nevyvolaných slnenými poruchami, ktoré tento stav ovplyvujú 2) Predpovedanie (na rôznych asových škálach - forecasting and nowcasting) možných úinkov na biologické a technologické systémy [COST 724 28 európskych krajín, 2007]
Efekty kozmického poasia inicializované Slnkom slnené erupcie (10 3 s, ~10 25 J, plazma, vysokoenergetickéastice, elektromagnetické emisie) monitorovanie CME koronografom na SOHO, X na GOES produkcia nabitých astíc vysokej energie EUV, X ovplyvuje zemskú ionosféru a termosféru Inicializácia geomagnetických búrok
Geomagnetické búrky Jeden z najsilnjších prejavov zmien vonkajších fyzikálnych podmienok v blízkom kozme CME (coronal mass emissions) z povrchu Slnka výron 10 12-10 13 kg látky (plazma) Stláanie plazmy slneného vetra (SV), rázové vlny Niektoré z procesov sú geoefektívne (poda orientácie B) geomagnetické poruchy Zmeny podmienok dynama vznik el. potenciálov a prúdových systémov v magnetosfére a ionosfére Vstupný výkon ze SV 10 12 10 13 W
2. Preo zaujímavé? Porovnanie informácií o úinkoch silných geomagnetický ch búrok na zaiatku a na konci minulého storoia Podobné búrky v r. 1903 a 1989 Dst < -300 nt
3. Preo radiácia a kozmické poasie? Energetické kozmické astice (vítane KŽ) môžu spôsobova tzv. efekty SEU (single event upsets), radiané poškodenia, degradáciu materiálu, a náboj elementov kozmických systémov. Pri vyšších energiách, osobitne tých, ktoré dosahuje kozmické žiarenie, môže by ovplyvnená elektronika na lietadlách. Funknos vf rádiových komunikaných systémov je spojená s charakteristikami zemskej ionosféry, so slnenými emisiami astíc a s geomagnetickými javmi. Geomagnetické búrky môžu ovplyvni pozemné technologické systémy, plynovody, ropovody, telekomunikané kábely, a železniné systémy kvôli geomagneticky indukovaným prúdom. Radiácia (aj KŽ) je limitujúcim faktorom pre medziplanetárne misie.
Populácie energetických astíc v kozme: A. Urýchlené za magnetosférou Zeme B. Magnetosferickéastice
Kozmické žiarenie.
Intenzita KŽ nízkych energií antikoreluje so slnenou aktivitou
V niektorých prípadoch sú urýchlenéastice do energií niekoko GeV, GLE pozorované aj na zemskom povrchu, napr. na L. Štíte. GLE. 1 a. 70 pozorovaný na Lomnickom štíte
Erupcie uvoujú energiu vo forme plazmy, elmg žiarenia a urýchlených korpuskulárnych astíc Typický asový priebeh erupcie (v rádiových vlnách) Rentgen od Slnka poas extrémnej slnenej erupcie a v pokojnom období
Zemská magnetosféra je bohatá na astice nižších energií. Ich toky sú variabilné merania iba na družiciach. Zem s magnetickým poom sa nachádza v prúde plazmy slneného vetra (SV). Pretože v > v a, vzniká na prednej strane rázová vlna (bow shock BS). Na magnetopauze (MP)je vyrovnaný tlak slneného vetra s tlakom geomag. poa. Medzi BS a MP je turbulentná tzv. prechodová oblas. Niektoréastice SV môžu do magnetosféry preniknú. Tie, ktoré prichádzajú cez nonú stranu (chvost) spôsobujú napr. polárne žiary. SV vynáša magnetické pole Slnka. Siloiary IMF sú vmrazené v SV. http://www.windows.ucar.edu/tour/link=/earth/images/earth_magneto_image.html
Nízke energie cyklické pohyby astíc. Zachytené astice radiané pásy Zeme Ak možno odliši 3 cyklické pohyby opis pomocou 3 nezávislých adiabatických invariantov pohybu (pohyb vodiaceho stredu) prevzaté (http://users.aber.ac.uk/mng/magnetospheres/magnetosphere3.ppt)
Pre vyššie energie treba poíta trajektóriu astíc v model. poli B. Rôzne pre rôzne modely, epochy, stanice KŽ. Môže KŽ pomôc pri testovaní modelov magnetického poa, hlavne v prípade búrok?
90 60 2. Asymptotics. 10 8 6 90 60 10 8 6 30 4 30 4 2 2 0 0 0 2 4 6 8 10 0 0 0 2 4 6 8 10-30 -30-60 -60-90 -180-150 -120-90 -60-30 0 30 60 90 120 150 180-90 -180-150 -120-90 -60-30 0 30 60 90 120 150 180 4.0 4.0 4.2 4.2 4.4 4.4 4.6 4.6 4.8 4.8 5.0 5.0 Rigidity, GV 4.0 4.0 4.2 4.2 4.4 4.4 4.6 4.6 4.8 4.8 5.0 5.0 Rigidity, GV 90 10 90 10 60 8 6 60 8 6 30 4 30 4 2 2 0 0 0 2 4 6 8 10 0 0 0 2 4 6 8 10-30 -30-60 -60-90 -180-150 -120-90 -60-30 0 30 60 90 120 150 180-90 -180-150 -120-90 -60-30 0 30 60 90 120 150 180 2.0 2.0 2.5 2.5 3.0 3.0 3.5 3.5 4.0 4.0 4.5 4.5 5.0 5.0 Rigidity, GV 2.0 2.0 2.5 2.5 3.0 3.0 3.5 3.5 4.0 4.0 4.5 4.5 5.0 5.0 Rigidity, GV Asymptotic directions for Lomnický Štít before the disturbance (upper panels, Nov. 20, 2003, 02 UT) and at minimum Dst (lower panels, 19 UT) for Ts89+Dst (left) and Ts04 (right).
Radiané poškodenia družíc Rýchlos poklesu výkonu slnených panelov bola najvyššia na Magion-5 (aurorálny Interball), nižšia na Magion-4 (chvostový Interball) a najnižšia na nízkej orbite Magion-2, ktorá do radianých pásov zasahovala málo. Pravý panel: degradácia slnených panelov od mája 1998 do júla 2002 na Magion-5. Vašina rýchlych krátkodobých poklesov je spojená so zvýšeným tokom energetických elektrónov alebo s prípadmi slnených erupcií s protónmi vysokých energií. (Tíska et al, 2007)
Nebezpené sú elektróny vysokých energií Niektoré družicové výpadky sú spôsobené pravdepodobne relativistickými elektrónmi. V tomto období s poruchami družicových systémov bol detegovaný silný nárast toku elektrónov vysokých energií, kým nárast toku protónov nebol výrazný (Baker et al, 1998)
Niektoré slnené erupcie dávajú silne anizotrópne toky na zemskom povrchu a na lietadlách. Desorgher et al (2007), výpoty PLANETOCOSMICS http://cosray.unibe.ch/~laurent/planetocosmics/ U. of Bern. Využité aj meranie NM na Lomnickom Štíte.
Kozmické žiarenie môže slúži ako jeden z faktorov predpovedi a. Geomagnetických búrok b. Radianých búrok Niekoko hodín pred magnetickou búrkou sa mení anizotrópia KŽ
4. Preo Košice (vzahy kozmického žiarenia a kozmického poasia).
!" #$ %&'( )*+,) $ *'$ +-. / 0 % ',12 1 3- $ # 433 5 6# 72$82$9, 0 :- "&;.< % 9 $ =>?@AB
5#!89 ' $ # (, $ # - 9 ; :& / %0 " 9 #' 9 <$C D$ %0 G$$A ) HD77 $:% 9 ( )EF7
A # @EF" D # <'$ ' E0 % $ ' : $ <,)EF7-.# # <'$ ' / : >$ # ' =>? @AB >?BIE0.'0 77 )' $ # ' <'$' 'D<'$ 0 $ ( :$<
E<$ ' :% $ # $ E?,$ &''=>?@AB-$J,HKLA@F)-822,HKLA@F?-@$@M " @L* "< : %0 22, KG#D ". DE0822J-$ HKLA@F) B< N $ # 8!28225<'$' HKLA@F? ' ': '% :
L )EF1,78-<'$' ' $D $' $ '% : "# N )@@D $ O "$
L<# : 6#'4 $??ME"D0 P@AB" D ' ' '??ME.' # ' % # 6 )EF5,72D821N5 DJ!J - )EF,7D1N828DJ!1 - )EF5,7 D87!N1!D!5 - A "*'??ME )EF5
E? <$ Q R :,S82 B ~ 8B- $ $ ' ' <$ :,<'$- $ N % : & 6D <$ <$ $ Mž $O E? %
.EF ": F!D!D ': <D' 0 $# @ :%#.EF ": F2,) 0-D! @ $ : ža, $ 22N8 22D!!-
6 0 ' #.EF@$' < *&'$ OP@AB: F8D : F5,< AN- : J ) <$$F8 B$ < % '$' # '.EF8 ) <$$F8, F 8222-@$)E) M T DU L% $0 N ( $$ $:' 6 $ 00 % 2
"< $ ' :% 0 : & $.EF8 ) <$$F8V ' ;,>-W> 5 D;,>- & $ #,X3 8 B- > :B L $% $ $! ' ' # # : &' $: $$ <
. :% $ F ž.<$ @ H8 LMA.M,")"&@E F/Y$D)-D % <'$ ' =>?@ABE0 " 5.Q$% R :% < % :C ) :% $ LMA.M< :: <!$ 822J L% E? $$ $! "!ž#$%
L 433 ' &'' =>?@ABE0
#&!' (!)!*))! +,-))./. 0!,1/ 23+#445675686 9. ):'.0,0'.$/,', )', )',' ) ',' /; <202=>? +4 @A'$9,' 0$ ;!; ),0,,,+, A,/ '/,', 0 /; <202=>?+40ž