Análisis de los flujos extremos de electrones energéticos en el cinturón de radiación exterior y en la anomalía magnética del Atlántico Sur

Abstract

Los cinturones de radiación de van Allen son regiones en el entorno espacial terrestre que presentan iones y electrones energéticos atrapados por el campo geomagnético. El incremento del flujo para estas partículas energéticas durante tormentas geomagnéticas tiene un gran interés para la meteorología del espacio, debido principalmente al impacto que tiene sobre los satélites y la actividad espacial humana. Un entendimiento detallado de los flujos extremos alcanzados por electrones a diferentes energías, así como la frecuencia de ocurrencia es esencial para el diseño específico de satélites y para el desarrollo de tecnologías satelitales. El objetivo principal de este trabajo es estudiar los flujos extremos de electrones en los cinturones de radiación terrestre, para un rango de energías entre 0.249 MeV y 0.802 MeV a 660 km de altitud sobre la superficie de la Tierra, usando mediciones realizadas por el detector ICARE-NG/Carmen-1 a bordo del satélite polar argentino SAC-D. Un estudio estadístico basado en la teoría de valores extremos se ha implementado al promedio diario del flujo de electrones en el cinturón de radiación exterior y en la Anomalía Magnética del Atlántico Sur (AMAS).Encontramos que la función de distribución acumulada del promedio diario del flujo de electrones parece tener un límite superior finito en el centro del cinturón de radiación exterior (4.00.270 MeV y E>0.413 MeV. El flujo de electrones extremo esperado en tiempos de 10, 50 y 100 años fueron calculados para L=4.5 mostrando, en general, una tendencia a disminuir mientras aumenta la energía. A pesar de que los resultados en la AMAS sugieren que la función de distribución acumulada del flujo de electrones no tiene un límite superior finito, no es posible concluir con certeza este resultado por no tener significancia estadística. Los resultados presentados en este trabajo son importantes para los ingenieros de satélites, de cara a mejorar dispositivos y materiales para el desarrollo de los futuros satélites. También, la magnitud esperada de un evento extremo en el cinturón de radiación exterior es de interés para las aseguradoras satelitales de cara a evaluar potenciales escenarios de desastres.

The van Allen radiation belts are regions in the terrestrial space environment that present energetic ions and electrons trapped by the geomagnetic field.The increase of fluxes for these energetic particles during geomagnetic storms has a major interest for Space Weather, mainly due to the impact on satellites and human activities in space. A detailed knowledge of the extreme fluxes reached for different electron energies as well as the frequencies of occurrence is essential for the specific design of satellites and for the development of satellite technologies. The main purpose of the present work is to study the extreme electron fluxes in the terrestrial radiation belts, for an energy range between 0.249MeV and 0.802MeV at 660km of altitude above the Earth surface, using measurements made by the detector ICARE-NG/Carmen-1 on board the polar Argentinean satellite SAC-D. A statistical analysis based on the extreme value theory was implemented for the daily average electron flux in the outer radiation belt and in the South Atlantic Magnetic Anomaly (SAMA). We found that the cumulative distribution function of the daily averaged electron flux is likely to have a finite upper limit in the core of the outer radiation belt (4.0<L<4.5) and for electron energies between E>0.270MeV and E>0.413MeV. The extreme electron flux value expected in 1, 10, 50 and 100 years were computed at L=4.5, showing a general decreasing trend with increasing energy. Although the results in the SAMA suggest that the cumulative distribution function of the electron flux is likely to not have a finite upper limit, this result is not statistically significant.The results presented in this work are important for the satellite engineers to improve devices and materials for the development of future satellites. Also, the likely magnitude of an extreme event in the outer radiation belt is of interest to the satellite insurers to help them evaluate potential disaster scenarios.