Les ceintures de radiation observées par PROBA-V/EPT

Ceintures de radiation

Le groupe de recherche Vent solaire du département de Physique spatiale de l’IASB mène des recherches sur l'environnement radiatif de l'espace proche de la Terre. Cette région située au-delà de notre atmosphère contient des particules très énergétiques, principalement des électrons et des ions, piégés dans le champ magnétique terrestre dans les ceintures de Van Allen.

L’IASB a contribué au développement d'un détecteur, l'Energetic Particle Telescope (EPT), qui a été lancé en mai 2013 à bord du satellite PROBA‑V de l'ESA (Agence Spatiale Européenne) sur une orbite polaire basse à 820 km d'altitude. Cet instrument, toujours actif actuellement, fournit des observations exceptionnelles qui nous ont permis de déterminer la dynamique des flux d'électrons pendant les tempêtes géomagnétiques, caractérisées par des chutes abruptes (dropouts), des augmentations de flux et des décroissances plus lentes après les tempêtes.

Nous avons déterminé les liens entre les limites des ceintures de radiation et d'autres régions de la magnétosphère, en particulier l'ovale auroral illustré sur la Figure 1, la position de la plasmapause et le creux (trough) ionosphérique [1]. Nous avons constaté que le mouvement vers l'intérieur de la ceinture de radiation externe associé à des augmentations soudaines du flux d'électrons énergétiques peut être directement lié à l'érosion de la plasmapause pendant les tempêtes géomagnétiques générées par des événements solaires (Figure 2).

De plus, la position de la plasmapause projetée dans l'ionosphère correspond à la limite de convection ionosphérique. Le mouvement du bord équatorial de l'ovale auroral généré par la précipitation de particules énergétiques dans l'atmosphère terrestre se dirige vers des latitudes plus basses pendant les tempêtes géomagnétiques, tout comme la plasmapause projetée dans l'ionosphère à basse altitude et la ceinture de radiation externe.

Observations simultanées des sondes Van Allen Probes

Les observations de l'EPT ont été comparées aux mesures simultanées des sondes Van Allen Probes de la NASA, effectuées sur une orbite complètement différente, plus proche du plan équatorial [2]. Nous avons observé une structure assez isotrope de la ceinture externe pendant les périodes calmes, contrairement à la ceinture interne. Nous avons constaté un très bon accord pour les observations de la ceinture externe effectuées par les deux engins spatiaux à ∼0,5 MeV.

Nous avons développé des simulations des électrons énergétiques piégés dans le champ magnétique terrestre afin de déterminer les mécanismes physiques conduisant aux pertes soudaines d'électrons pendant les dropouts au début des tempêtes géomagnétiques et les décroissances plus lentes après les injections des orages (Figure 3).

L'ombre de la magnétopause et la diffusion radiale peuvent expliquer les principales caractéristiques des pertes d'électrons de la ceinture de radiation externe. En utilisant les mesures des sondes Van Allen dans la plasmasphère et notre modèle dynamique 3D de la plasmasphère, nous avons pu calculer les coefficients de diffusion contribuant à la perte d'électrons énergétiques. Ces simulations reproduisent la formation des deux ceintures, de la région qui les sépare et la perte progressive dans la ceinture externe.

Références

Radiation Belt Physics From Top To Bottom: Combining Multipoint Satellite Observations And Data Assimilative Models To Determine The Interplay Between Sources And Losses - ISSI Team

[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, 08 , doiI: 10.3389/fspas.2021.728531

[2] Pierrard V., J.-F. Ripoll, G. Cunningham, E. Botek, O. Santolik, S. Thaller, W. Kurth, M. Cosmides (2021), Observations and simulations of dropout events and flux enhancements in October 2013: Comparing MEO equatorial with LEO polar orbit, J. Geophys. Res.: Space Physics, 126(6), e2020JA028850, doi: 10.1029/2020JA028850.