Body text
Harde stralingsomgeving van de aarde
De ruimteomgeving van de aarde lijkt voor mensenogen bedrieglijk leeg. Dit gebied wordt echter bevolkt door een overvloed aan deeltjes van verschillende soorten, oorsprong en energie.
Wanneer ze de top van de atmosfeer bereiken, botsen de deeltjes met hoge energie op de moleculen van de atmosfeer, wat leidt tot ionisatieprocessen. Voor zeer energetische deeltjes leiden de botsingen met atmosferische bestanddelen tot het ontstaan van buien van secundaire deeltjes die zich voortplanten naar het aardoppervlak.
Het is belangrijk om de effecten van ruimtestraling op de atmosfeer te bestuderen en nauwkeurig te modelleren, omdat ze een belangrijke rol spelen in de gezondheid en in het klimaatsysteem.
- Enerzijds kunnen veranderingen in de ionisatiesnelheden leiden tot een tijdelijke verandering in de samenstelling en dynamiek van de atmosfeer.
- Anderzijds kan een toename van de stralingsdosis in de atmosfeer veroorzaakt door een sterke zonnegebeurtenis een aanzienlijke bedreiging vormen voor mensen, vooral voor vliegtuigbemanningen die op commerciële vlieghoogten worden blootgesteld aan hogere stralingsniveaus dan aan de oppervlakte.
Simulatie met AtRIS (Atmospheric Radiation Interaction Simulator)
Om de ionisatie en het stralingsdosistempo te berekenen die worden veroorzaakt door energetische deeltjes uit de ruimte, gebruiken we een simulatietoolkit genaamd AtRIS of de “Atmospheric Radiation Interaction Simulator” (Banjac et al., 2019). Deze op GEANT4 gebaseerde tool injecteert deeltjes aan de bovenkant van een gesimuleerde atmosfeer en berekent de resulterende ionisatie, dosissnelheden en de productie van secundaire deeltjes.
Wanneer we deze grootheden berekenen, is de belangrijkste overweging het afschermende effect van het aardmagnetische veld. Het voorkomt dat sommige energetische deeltjes de bovenkant van de atmosfeer bereiken, vooral op lage breedtegraden. De kaarten in figuur 1 illustreren dit effect heel goed, met lage geïnduceerde ionisatie op lage breedtegraden (hoge afscherming) en hoge ionisatie boven de poolgebieden (helemaal geen afscherming).
Bovendien toonden we aan dat de toestand van de atmosfeer ook een invloed had op de berekende grootheden. Veranderingen in het atmosferische dichtheidsprofiel leiden namelijk tot variaties in de ionisatie- en dosistempo's, zoals getoond in figuur 2.
Op hoge breedtegraden is er een sterke seizoensvariabiliteit van de ionisatie, die maximaal is tijdens de lokale winter. Hoewel het aardmagnetisch veld de grootste invloed heeft, laat figuur 1 zien dat de verschillende dichtheidsprofielen op de twee halfronden leiden tot een asymmetrie van de ionisatie tussen de poolgebieden (Winant et al., 2023).
Toekomstig werk is erop gericht om zonneprotonen op te nemen in de simulaties om het effect van zonnestormen op de atmosfeer en de routes van de resulterende secundaire straling te bestuderen.
Referenties
- Banjac, S., Herbst, K., & Heber, B. (2019). The Atmospheric Radiation Interaction Simulator (AtRIS): Description and Validation. Journal of Geophysical Research: Space Physics, 124(1), 50-67.
- Winant, A., Pierrard, V., Botek, E., & Herbst, K. (2023). The Atmospheric Influence on Cosmic-Ray-Induced Ionization and Absorbed Dose Rates. Universe, 9(12), 502.
