De plasmasfeer
De plasmasfeer is het binnenste gedeelte van de magnetosfeer van de aarde, gevuld met koude (lage energie ~ 1-10 eV) en dichte (10-104 elektronen/cm-3) plasmadeeltjes die gevangen zitten in het magnetisch veld van de aarde. De plasmasfeer vormt een toroïdaal gebied dat de aarde omgeeft en met haar meedraait.
De plasmapauze is de buitengrens van de plasmasfeer. Voorbij deze grens treedt in het plasmagebied (waar de elektronendichtheid zeer laag is) een sterke wisselwerking op met externe elektromagnetische golven. De plasmasfeer wordt geërodeerd tijdens geomagnetische stormen, wat resulteert in structuren zoals plasmasferische pluimen en kanalen, terwijl de ionosfeer (bovenste atmosfeer) de plasmasfeer opvult tijdens rustige perioden.
Het BSPM-model
Het BSPM is een semi-empirisch 3D-kinetisch plasmasfeermodel, ontwikkeld en voortdurend verbeterd door de Zonnewind-groep van het BIRA [1]. Op basis van fysieke mechanismen voor de vorming van de plasmapauze en voor de banen van de deeltjes die in het magnetisch veld van de aarde gevangen zijn, levert het de dichtheid en de temperatuur van elektronen en protonen binnen en buiten de plasmasfeer, alsmede de positie van de plasmapauze, als functie van de geomagnetische activiteit aangedreven door de Kp-index.
Het model is gekoppeld aan het Internationaal Referentie Ionosfeermodel (IRI) om de dichtheid en de temperaturen van deeltjes tussen 60 en 600 km hoogte te bepalen als randvoorwaarde.
Een vorige versie van het BSPM-model draait in bijna-reële tijd op de Space Situational Awareness (SSA)-website van het Europese Ruimtevaartagentschap ESA en geeft animaties van de elektronendichtheid en de temperatuur van de plasmasfeer in het equatoriale en meridionale vlak.
Een nieuwe versie van BSPM, die de elektronendichtheid in de ionosfeer, de plasmasfeer en de plasmatrog weergeeft, is nu beschikbaar bij het Virtual Space Weather Modeling Center (VSWMC) via on-demand runs. Figuur 1 toont de resultaten van beide implementaties.
De vergelijkingen die het plasmatrog-gebied beschrijven zijn onlangs gewijzigd aan de hand van nieuwe satellietgegevens van NASA’s Van Allen Probes missie [2] in het kader van het H2020 SafeSpace-project van de Europese Unie. Figuur 2 vergelijkt het plasmatrog-gebied dat met de oude en de nieuwe parametriseringen is verkregen. Referentie [2] geeft meer details.
Een nieuwe versie van BSPM, v.2021, met deze verbeteringen is al beschikbaar in de SafeSpace-modelketen, en is gebruikt om de effecten van golf-deeltjesinteracties op de stralingsgordels te berekenen. Binnenkort zullen we BSPM beschikbaar maken op een platform dat de meeste waarnemingen en modellen van de plasmasfeer, ionosfeer en thermosfeer samenbrengt in het kader van het H2020 PITHIA-project (Plasmasphere, Ionosphere and Thermosphere Integrated research environment and Access services: a Network of Research Facilities).
Referenties
- Pierrard, V., Botek, E., and Darrouzet, F. (2021). Improving Predictions of the 3D Dynamic Model of the Plasmasphere. Frontiers in Astronomy and Space Sciences, 8:681401, https://doi.org/10.3389/fspas.2021.681401.
- Botek, E., Pierrard, V. and Darrouzet, F. (2021). Assessment of the Earth’s cold plasmatrough modeling by using Van Allen Probes/EMFISIS and Arase/PWE electron density data. Journal of Geophysical Research: Space Physics, 126(12), e2021JA029737, https://doi.org/10.1029/2021JA029737.
