ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΘΗΝΑΣ ΤΜΗΜΑ ΦΥΣΙΚΗΣ ΣΕΜΙΝΑΡΙΟ ΤΜΗΜΑΤΟΣ ΦΥΣΙΚΗΣ Πέμπτη, 12 Μαϊου 2005 12:15 μμ “Διαστημικός καιρός-Μαγνητικά νέφη” Θανάσης Γεράνιος.

Παρουσίαση με θέμα: "ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΘΗΝΑΣ ΤΜΗΜΑ ΦΥΣΙΚΗΣ ΣΕΜΙΝΑΡΙΟ ΤΜΗΜΑΤΟΣ ΦΥΣΙΚΗΣ Πέμπτη, 12 Μαϊου 2005 12:15 μμ “Διαστημικός καιρός-Μαγνητικά νέφη” Θανάσης Γεράνιος."— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΘΗΝΑΣ ΤΜΗΜΑ ΦΥΣΙΚΗΣ ΣΕΜΙΝΑΡΙΟ ΤΜΗΜΑΤΟΣ ΦΥΣΙΚΗΣ Πέμπτη, 12 Μαϊου 2005 12:15 μμ “Διαστημικός καιρός-Μαγνητικά νέφη” Θανάσης Γεράνιος

2 Διαμόρφωση κοσμικής ακτινοβολίας. E<10 10 eV. Μετρητές νετρονίων. Παρατηρητήριο P. AUGER. Κοσμική ακτινοβολία Ε>10 20 eV, 2006-

3 Η παρουσία των μαγνητικών πεδίων του αστρικού, ηλιακού και γήϊνου μειώνουν τη ροή της Κ.Α. χαμηλών ενεργειών που φθάνει στη γη. Η μειωμένη αυτή ροή διαμορφώνεται ανάλογα με τη μεταβολή αυτών των πεδίων. Από τη μεταβολή κυρίως του ηλιακού, έμμεσα μελετούμε τη δραστηριότητά του ήλιου και της ηλιόσφαιρας.

4 Ο μετρητής νετρονίων καταμετρά τα νετρόνια που παράγονται στην ατμόσφαιρα από τις αλληλεπιδράσεις της Κ.Α. με τα μόριά της. Μετά από διορθώσεις της ροής λόγω ατμοσφαιρικής πίεσης μπορεί να συσχετιστεί αυτή με ηλιακά φαινόμενα.

5 Το εσωτερικό του μετρητή νετρονίων. Από αριστερά: Τροφοδοτικά Υ.Τ., οι άκρες των αναλογικών απαριθμητών και το περίβλημα από πλαστικό για την επιβράδυνση των νετρονίων.

6 Το εσωτερικό του μετρητή νετρονίων. Οι θήκες από καθαρό μολύβι περιβάλλουν τους αναλογικούς ανιχνευτές και πολλαπλασιάζουν τα ατμοσφαιρικά νετρόνια και (Delaware N.M., USA).

7 Έλεγχος κατανομής ύψους παλμών. Η κατανάλωση του BF 3 κατά τη λειτουργία των μετρητών, έχει σαν αποτέλεσμα την αύξηση του FWHM και κατά συνέπεια την αύξηση του στατιστικού σφάλματος των μετρήσεων. Σαν όριο θεωρείται το 15%. B 10 (n α) Li 7 * Είναι η αντίδραση νετρονίων και πυρήνων βορίου (αέριο BF 3 του μετρητή) που δίνουν λίθιο και α. Αυτά προκαλούν ιονισμό στον ανιχνευτή. Κάθε ζευγάρι λιθίου και α αντιστοιχεί σε ένα νετρόνιο. Η διαφορά ενεργειών μεταξύ της μικρής και μεγάλης κορυφής αντιστοιχεί στο 0.5 MeV και είναι η ενέργεια αποδιέγερσης του λιθίου.

8 Τί απαιτείται για την αναγωγή των μετρήσεων νετρονίων στο ενδοπλανητικό Διάστημα FWHM του μετρητή < 15% Διόρθωση ροής λόγω της ατμοσφαιρικής πίεσης. Διόρθωση λόγω θερμοκρασιακής βαθμίδας της ατμόσφαιρας (Δεν γίνεται)*. Διόρθωση λόγω μεταβολής του γεωμαγνητικού πεδίου. Ο μετρητής νετρονίων μπορεί ν’ ανιχνεύσει ένα διαστημικό γεγονός όταν αυτό φθάσει στη μαγνητόσφαιρα, δηλαδή ένα περίπου τέταρτο πριν προσεγγίσει την επιφάνεια της γης. *Η βαθμίδα αυτή έχει σαν αποτέλεσμα να μειώνει ή να αυξάνει το ύψος του οριακού στρώματος της ατμόσφαιρας στο οποίο σχηματίζονται τα μιόνια. Αυτό έχει σαν αποτέλεσμα να ελαττώνεται ή να αυξάνεται η διαδρομή τους μέχρι τον μετρητή. Επειδή αυτά είναι ασταθή, αυξάνεται ή μειώνεται η ροή τους αντίστοιχα. Ένα 5% αυτών των μιονίων παράγουν νετρόνια στο μόλυβδο του μετρητή με αποτέλεσμα να τα καταμετρά με τα υπόλοιπα και η ροή των νετρονίων να υπόκειται σε διακυμάνσεις από αυτήν την αιτία.

9 Η μεταβολή της συνολικής (κίτρινο) και της χαμηλής (πορτοκαλί) νέφωσης μαζί με τη ροή της κοσμικής ακτινοβολίας (πράσινο). Φαίνεται η στενή σχέση μεταξύ της χαμηλής νέφωσης και της κοσμικής ακτινοβολίας και μετά το 1992. (Svensmark, H. Phys. Rev. Lett. 81, 5027-5030, 1998) Μια πολύ καλή εφαρμογή της μακροχρόνιας καταγραφής της Κ.Α. με μετρητές νετρονίων αποτελεί η επίδρασή της στον ατμοσφαιρικό καιρό και στη δημιουργία νέφωσης. Αύξηση της ροής της Κ.Α. συνεπάγεται αύξηση της χαμηλής νέφωσης που μπορεί να οδηγήσει σε μείωση της θερμοκρασίας κατά 0.1-0.2 C. Η συμβολή των μετρητών νετρονίων στη μελέτη της μακροχρόνιας μεταβολής της ατμοσφαιρικής θερμοκρασίας είναι σημαντική, γιατί υπάρχουν τα δεδομένα 45 περίπου ετών και δεν απαιτείται μεγάλη ακρίβεια μετρήσεων.

10 Magnetic clouds: A subject of space weather prediction* A. Geranios 1, M. Vandas 2, I. Antoniadou 1, O. Zacharopoulou 3 ( 1 ) Physics Department, Nuclear and Particle Physics Section, University of Athens, Athens,15771, Greece ( 2 ) Astronomical Institute, Academy of Sciences, Bocni II 1401, 141 31 Praha 4, Czech Republic ( 3 ) Astrophysics, Astronomy and Mechanics Section, University of Athens HELIOS data 1976 * Προσκεκλημένη ομιλία, 19th European Cosmic Ray Symposium, August 30th - September 3rd 2004, Florence, Italy.

11 Theoretical model rot B = a B B R = 0 B T = B 0 J 1 (aR) B A = B 0 J 0 (aR) J 0, J 1, Bessel solutions (Lundquist, 1950) (Chandrasekhar, Kendall, 1975) A. Geranios, M. Vandas, I. Antoniadou, O. Zacharopoulou Το μαγνητικό νέφος είτε κυλινδρικό είτε σφαιρικό περιγράφεται με την πιο πάνω εξίσωση, που εκφράζει το ελεύθερο δυνάμεων πεδίο και η δομή του μαγνητικού πεδίου μοιάζει με αυτήν ενός σωληνοειδούς.

12 Τα συστήματα αναφοράς του δορυφόρου και του μαγνητικού νέφους. Η θέση ως προς την εκλειπτική και ο προσανατολισμός του νέφους μπορεί να είναι ο οποιοσδήποτε. Όταν ο δορυφόρος εντοπίσει ένα μαγνητικό νέφος, τότε το θεωρητικό νέφος (του οποίου το μαγνητικό πεδίο περιγράφεται από τις λύσεις της εξίσωσης Bessel), προσανατολίζεται με τέτοιο τρόπο ώστε να ταυτίζεται με το εντοπισμένο από τον δορυφόρο. A. Geranios, M. Vandas, I. Antoniadou, O. Zacharopoulou

13 Comparison between cylindrical and spheroid magnetic clouds A. Geranios, M. Vandas, I. Antoniadou, O. Zacharopoulou Προσομοίωση ενός εντοπισμένου μαγνητικού νέφους (συνεχής γραμμή) με κυλινδρικό (διακεκομμένη γραμμή αριστερά) και με σφαιροειδές θεωρητικό μοντέλο (διακεκομμένη γραμμή δεξιά).

14 Comparison between theoretical models and observations. A. Geranios, M. Vandas, I. Antoniadou, O. Zacharopoulou Προσομοίωση διαφορετικού μαγνητικού νέφους με το κυλινδρικό (αριστερά) και το σφαιροειδές (δεξιά) μοντέλο του νέφους.

15 Cylindrical cloud: The simulated magnetic field strength A. Geranios, M. Vandas, I. Antoniadou, O. Zacharopoulou Μαγνητοϋδροδυναμικές προσομοιώσεις ενός κυλινδρικού νέφους στο επίπεδο της εκλειπτικής. Η κατανομή της έντασης του μαγνητικού πεδίου του νέφους είναι ελλειπτική, όταν το νέφος εντοπίζεται στο μπροστινό μέρος.

16 A. Geranios, M. Vandas, I. Antoniadou, O. Zacharopoulou Όταν το νέφος εντοπίζεται από το πλάι, η κατανομή της έντασης του μαγνητικού πεδίου είναι συμμετρική (κυκλική). Ανάλογες κατανομές προκύπτουν και για την πυκνότητα του μαγνητικού νέφους.

17 Magnetic cloud-Geomagnetic storm A. Geranios, M. Vandas, I. Antoniadou, O. Zacharopoulou Δυναμική ανάπτυξη ενός μαγνητικού νέφους από τον ήλιο με άξονα κάθετο στην εκλειπτική. Η κίνηση του νέφους διέπεται από τις μαγνητοϋδροδυναμικές σχέσεις και η τεχνική που χρησιμοποιήθηκε είναι του Lax Vendrof των πεπερασμένων διαφορών. Στο video απεικονίζεται η μεταβολή της θερμοκρασίας του ηλιακού ανέμου κατά την ακτινική εκτόνωση του νέφους. Το κάτω διάγραμμα παρουσιάζει τη θεωρητική συμμεταβολή της D st του γεωμαγνητικού πεδίου. Αν αυτή μειωθεί πάνω από 200 nT και η κατακόρυφη συνιστώσα του μαγνητικού πεδίου του νέφους είναι αντίθετης φοράς από αυτή του γεωμαγνητικού πεδίου, τότε αναμένεται μια ισχυρή γεωμαγνητική καταιγίδα.

18 Magnetic cloud with a shock wave A. Geranios, M. Vandas, I. Antoniadou,, O. Zacharopoulou Μερικές ώρες μετά την εκτόξευση του μαγνητικού νέφους ακολουθεί ένα μέτωπο κρούσης, το οποίο σαν ταχύτερα κινούμενο προλαβαίνει το νέφος. Ο συνδυασμός νέφους και μετώπου έχει σαν αποτέλεσμα την μεγάλη μείωση της D st και την πρόκληση ισχυρής γεωμαγνητικής καταιγίδας. Με το μαγνητοϋδροδυναμικό αυτό μοντέλο μπορεί κανείς να υπολογίσει τη μέγιστη μείωση της D st και να προβλέψει αν θα ακολουθήσει και πόσο ισχυρή θα είναι η μαγνητική καταιγίδα. Αν ο δορυφόρος που εντοπίσει ένα μαγνητικό νέφος είναι κοντά στον ήλιο, τότε η πρόβλεψη φθάνει και τις τέσσερις ημέρες.

19 Magnetic cloud 15.7.2000 from “ULYSSES” Distance from the sun 3 AU, 60 0 below the ecliptic plane. B and Θ of magnetic cloud simulation by a force-free field (m, measured data; s, spherical; c, cylindrical; p, poloidal model) A. Geranios, M. Vandas, I. Antoniadou, O. Zacharopoulou Μαγνητικό νέφος που κατέγραψε ο δορυφόρος ΟΔΥΣΣΕΑΣ κάτω από την εκλειπτική και σε απόσταση 3 Αστρονομικών Μονάδων. Τα διαγράμματα δείχνουν τις προσομοιώσεις.

20 MAGNETIC CLOUD OF 20 NOVEMBER 2003 AURORA IN ATHENS (Ε. Μαυρομιχαλάκη, Χ. Πλαινάκη, M. Γεροντίδου, Γ. Σουβατζόγλου, Χ. Σαρλάνης, Γ. Μαριάτος, Σ. Τάτσης, Α. Belov, E. Eroshenko, V. Yanke, 10 ο Πανελλήνιο Συνέδριο Ε.Ε.Φ., Λουτράκι, 29-31 Ιαν. 2004.) A. Geranios, M. Vandas, I. Antoniadou, O. Zacharopoulou Φωτογράφιση, Α. Αγιομαμίτης Το ισχυρότατο μαγνητικό νέφος του 2003 με μέγιστο της έντασης του μαγνητικού του πεδίου 50 nT προκάλεσε μια σπάνια σε ένταση γεωμαγνητική καταιγίδα (D st = - 500 nT), της οποίας το οπτικό αποτέλεσμα (aurora), έγινε ορατό ακόμη και στην Αθήνα.

21 Μαγνητικά νέφη-Γεωμαγνητικές καταιγίδες. Τι Επιδράσεις έχουν στο διάστημα και στη γη: Αστροναύτες. Δόσεις από αεροπορικά ταξίδια (15 April 2001). Καταστροφή μετασχηματιστών Η.Τ. -Εκτεταμένα blackout. Οξείδωση μεταλλικών αγωγών μεταφοράς πετρελαίου και φυσικού αερίου. Δυσλειτουργία ηλεκτρονικών συστημάτων ελέγχου. A. Geranios, M. Vandas, I. Antoniadou, O. Zacharopoulou

22 Serious damage of a HV transformer in Delaware due to a magnetic cloud of 1989. A. Geranios, M. Vandas, I. Antoniadou, O. Zacharopoulou Ολική καταστροφή μετασχηματιστή Υ.Τ. μετά από το νέφος του 1989 και της προκληθείσας μαγνητικής καταιγίδας.

23 Need for a heliocentric spacecraft A. Geranios, M. Vandas, I. Antoniadou, O. Zacharopoulou