Particules spatiales
L’espace n’est pas aussi vide qu’il n’y parait au premier abord, en particulier à proximité de la Terre. L’environnement spatial proche de la Terre est très complexe et est rempli de particules ayant des origines et des énergies très différentes.
L’étude des effets des radiations spatiales sur l’atmosphère est importante, non seulement pour le climat dans le cas de l’ionisation, mais aussi pour la sécurité humaine lorsque l’on considère la dose de radiation induite dans l’atmosphère. C’est pour ces raisons qu’il est important de comprendre la dynamique des radiations spatiales, ainsi que leurs effets sur l’atmosphère.
En utilisant les satellites Van Allen Probes et d’autres observations comme celles de PROBA-V, nous étudions les limites des ceintures de radiations et les régions aurorales [1]. Ces aurores sont produites par la précipitation de particules énergétiques, provenant du feuillet de plasma (plasmasheet), dans l’atmosphère, excitant ces constituants. Les aurores sont généralement localisées à des latitudes plus hautes que celles des ceintures de radiations. Cependant des liens ont étés trouvés, notamment lors de tempêtes géomagnétiques générées par des évènements solaires [2], quand les deux frontières se déplacent vers l’équateur.
Simulations atmosphériques
Dans le cadre du projet EURAMET Biosphère qui a débuté en 2022, nous cherchons à quantifier les taux d’ionisation et les doses de radiation dans l’atmosphère en simulant différents types de spectres et de particules primaires, répliquant les rayons cosmiques galactiques (GCRs), les rayons cosmiques solaires (SCRs) ainsi que les particules des ceintures de radiations.
Les simulations sont exécutées par AtRIS (Atmospheric Radiation Interaction Simulator), qui se base sur le code GEANT4 développé au CERN. Nous cherchons, tout particulièrement, à étudier l’évolution dans le temps des taux d’ionisation et de radiation lors d’évènements majeurs, comme des évènements à protons (Solar Energetic Particle events) ou bien des tempêtes géomagnétiques.
En considérant les valeurs du seuil de rigidité (rigidity cutoff) calculées à partir du champ géomagnétique international de référence (IGRF), les simulations préliminaires, conduites uniquement avec des protons d’origine cosmique pendant une période calme, sont cohérentes avec la littérature :
- Le maximum d’ionisation dans l’atmosphère (maximum de Pfoltzer) est situé à une altitude autour de 12 km.
- L’ionisation est toujours maximale aux hautes latitudes géomagnétiques, où les lignes du champ géomagnétique croisent la surface de la Terre et où le seuil de rigidité est presque nul.
Références
[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.
