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Les ceintures de radiation observées par l'EPT pendant les orages géomagnétiques

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L'Energetic Particle Telescope (EPT), lancé sur le satellite PROBA-V en mai 2013, fournit des mesures des flux des particules à 820 km d’altitude depuis plus de 7 ans. Elles permettent de déterminer les fortes variations associées aux orages géomagnétiques observées depuis 2013. Les tempêtes sont caractérisées par des chutes soudaines du flux (appelées dropouts), suivies d'augmentations parfois associées à des injections de particules dans la zone de faille, située entre la ceinture interne et la ceinture externe, pour les événements les plus intenses.
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L'Energetic Particle Telescope

Les variations du flux d'électrons pour des énergies E>500 keV pendant les tempêtes géomagnétiques sont étudiées grâce à l'Energetic Particle Telescope (EPT). Ce détecteur lancé en mai 2013 à bord du satellite PROBA-V à une altitude de 820 km a été conçu par l’IASB, l’UCLouvain et QinetiQ Space pour fournir des spectres non contaminés

  • d'électrons
  • de protons
  • de particules alpha

 

Tempêtes géomagnétiques

Des phénomènes de soudaine diminution du flux d'électrons sont observés pendant la phase principale de chaque tempête et même pendant les sous-tempêtes : une réduction rapide du flux d'électrons est constatée dans toute la ceinture de radiation externe des électrons, à toutes les énergies supérieures à environ 0,5 MeV sur des échelles de temps de quelques heures.

Les spectrogrammes d'électrons mesurés par l'EPT entre 2013 et 2019 montrent qu'après chaque tempête géomagnétique, les chutes de flux sont suivies d'une augmentation commençant d'abord aux faibles valeurs de L et atteignent la zone de faille ou même la ceinture interne pour les tempêtes les plus fortes. L est le paramètre caractérisant la distance équatoriale des coquilles magnétiques, exprimé en rayons terrestres. La ceinture de radiation externe est généralement située à L > 4, la ceinture interne à L< 2 rayons terrestres, et la région entre les deux correspond à la zone de faille.

On peut voir que des diminutions soudaines des flux apparaissent à toutes les énergies mesurées par l'EPT et pénètrent jusqu'à L3,5 rayons terrestres pour les événements les plus intenses. Ces chutes de flux sont observées à chaque fois que Dst a un pic inversé < -40 nT.

Des altitudes barrières en-dessous desquelles les chutes et les injections ne pénètrent pas ont été déterminées statistiquement pour différentes gammes d'énergie des électrons.

Les augmentations du flux n'apparaissent à des L plus bas que pour les plus fortes tempêtes avec Dst < -50 nT. Ils sont injectés jusqu'à une barrière impénétrable caractérisé par un L minimum lié au Dst et à l'énergie. Pour E > 2 MeV, cette limite se situe toujours au-dessus de la ceinture interne et elle est liée à la position de la plasmapause qui correspond à la frontière abrupte du plasma froid. Nous avons également montré que la plasmapause est liée aux taches aurorales.

L'activité humaine influence également les flux d'électrons des ceintures de radiation : nous avons démontré qu’un puissant émetteur situé dans le nord-ouest de l'Australie disperse les électrons et les éjecte hors des ceintures de radiation.

 

Lecture complémentaire

  • Pierrard, V., Botek, E., Ripoll, J.-F., and Cunningham, G.S. (2020). Electron dropout events and flux enhancements associated with geomagnetic storms observed by PROBA-V/EPT from 2013 to 2019. Journal of Geophysical Research: Space Physics, 125(12), e2020JA028487. https://doi.org/10.1029/2020JA028487 Open Access Logo
  • Pierrard, V., Lopez Rosson, G., and Botek, E. (2019). Dynamics of Megaelectron Volt Electrons Observed in the Inner Belt by PROBA-V/EPT. Journal of Geophysical Research: Space Physics, 124(3), 1651-1659. https://doi.org/10.1029/2018JA026289
  • Cunningham, G.S., Botek, E., Pierrard, V., Cully, C., and Ripoll, J.-F. (2020). Observation of High-Energy Electrons Precipitated by NWC Transmitter from PROBA-V Low-Earth Orbit Satellite. Geophysical Research Letters, 47(16), e2020GL089077. https://doi.org/10.1029/2020GL089077 Open Access Logo

 

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Figure 2 caption (legend)
Flux d'électrons observé par l'EPT du 18 juin 2015 au 28 juin 2015. La ligne noire superposée correspond à une relation linéaire basée sur l'indice Dst (Disturbed Storm Time) observé (Figure tirée de Pierrard et al., 2020).
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Figure 3 caption (legend)
Flux d'électrons observés par l'EPT depuis les premières mesures du 21 mai 2013 jusqu'au 31 décembre 2019, pour le canal 1 (500-600 keV, panneau supérieur) et le canal 5 (1-2,4 MeV, panneau central). Le panneau du bas indique l'indice Dst (Disturbed Storm Time) observé à partir du 21 mai 2013. (Figure tirée de Pierrard et al., 2020).
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Figure 4 caption (legend)
Flux d'électrons mesurés par l'EPT dans le canal 1 (500-600 keV, panneau supérieur), le canal 4 (0,8-1 MeV, deuxième panneau) et le canal 5 (1-2,4 MeV, troisième panneau) du 1er mars au 31 décembre 2015. Dans le troisième panneau, la ligne noire correspond à la position de la plasmapause mesurée par deux instruments à bord des satellites Van Allen Probes. Panneau du bas : Indice Dst observé pendant la même période. (Figure tirée de Pierrard et al., 2020)