Simulación fluido-cinética de los efectos ionosféricos producidos por la inyección de partículas desde el espacio

Abstract

El objetivo del presente trabajo de título es usar un sistema de simulación cinético de plasma para analizar la factibilidad de que mediciones reales de un haz de electrones penetrando la atmósfera, sea la causa de amplificaciones naturales del modo ión acústico (NEIALs), y si las NEIALs pueden ser asociadas a la teoría del decaimiento paramétrico de ondas Langmuir.

Las NEIALs son ampliamente estudiadas en zonas donde las líneas del campo magnético terrestre se encuentran abiertas a la entrada de partículas provenientes desde el espacio. El estudio de las NEIALs no sólo es atrayente por su parte científica sino que también por sus implicancias en ingeniería dentro de las comunicaciones satelitales y de posicionamiento global GPS, debido a las fallas de estos sistemas en presencia de las NEIALs.

Los datos utilizados en esta memoria se basan en las mediciones del proyecto SERSIO, Frederick-Frost et al., 2007. Estas mediciones se realizaron en paralelo por un cohete enviado a la ionósfera y por los radares ionosféricos ubicados en Svalbard, Noruega. Se obtuvieron datos de la distribución del flujo de energía de un haz de electrones penetrando la ionósfera entre los 520-780 km. Se observaron NEIALs que fueron asociadas a ondas de frecuencia extremadamente baja (BBELF) y no a un posible decaimiento paramétrico de ondas Langmuir. Esto porque, las mediciones del haz no muestran seguir una distribución bump-on-tail a la altura medida por el cohete.

Para encontrar la existencia de las NEIALs y su posible asociación al decaimiento de ondas Langmuir, se propone la utilización de dos programas computacionales: TRANSCAR y un código Electrostatic Parallel in Cell (EPPIC). TRANSCAR se usa para determinar la evolución de la distribución de velocidades del haz de electrones que penetra la ionósfera y encontrar evidencia que siguen una distribución bump-on-tail. Por otro lado, el código EPPIC se utiliza para analizar la interacción microscópica de las partículas ionosféricas con el haz de electrones.

Al procesar los datos en TRANSCAR se encuentra que para bajas alturas dentro de la ionósfera el haz de electrones sigue un distribución bump-on-tail y se elige una de estas alturas para encontrar los parámetros de entrada al código EPPIC. Al obtener el espectro de potencia de los datos de salida del código EPPIC, queda de manifiesto que las NEIALs si pueden ser asociadas a fenómenos de decaimiento paramétrico de ondas Langmuir.