Study of coronal mass ejections and their corresponding interplanetary structures using combined observations of cosmic ray detectors and coronagraphs

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2015
Autor(a) principal: Carlos Roberto Braga
Orientador(a): Alisson Dal Lago, Ezequiel Echer
Banca de defesa: Alexandre Alvares Pimenta, Nelson Jorge Schuch, Sergio Ricardo Dasso, Caius Lucius Selhorst
Tipo de documento: Tese
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: eng
Instituição de defesa: Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)
Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação do INPE em Geofísica Espacial/Ciências do Ambiente Solar-Terrestre
Departamento: Não Informado pela instituição
País: BR
Link de acesso: http://urlib.net/sid.inpe.br/mtc-m21b/2015/01.30.19.09
Resumo: This Thesis aims to study coronal mass ejections (CMEs) and their interplanetary counterparts (ICMEs) using remove sensing observations from the solar corona, interplanetary in situ data and observations from ground-based cosmic ray detectors. CMEs have a central role on the Sun-Earth relationships because they are one of the main sources of geomagnetic disturbances. We have started the analysis by using a list of magnetic clouds (MCs) observed in the Earth-vicinity from 2008 to 2011. After probing the interplanetary structure, we identified the CMEs ejected in appropriate time and direction to produce each magnetic cloud. The CME propagation directions were studied thanks to the simultaneous observations of the solar corona from three viewpoints: one from the LASCO (Large Angle and Spectroscopic Coronagraph) and two others from SECCHI (Sun Earth Connection Coronal and Heliospheric Investigation). We developed a new methodology to track the CMEs in 3D combining pseudo-automatic tracking by texture with triangulation and tie-pointing analysis. For each CME analyzed, we estimated the tridimensional speed (magnitude and direction) using the new method and compared the results with previous works. Combining observations of four ground-based cosmic ray (muon) detectors, we deduced the cosmic ray density gradient during each magnetic cloud period and the overall position of the MC center. In some cases, we fit a model of cosmic ray distribution inside magnetic clouds to the observed data and deduced further properties of the MCs, such as orientation and diameter. Finally, for each case, the results derived in the solar corona were compared with those derived from cosmic ray observations.
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CMEs have a central role on the Sun-Earth relationships because they are one of the main sources of geomagnetic disturbances. We have started the analysis by using a list of magnetic clouds (MCs) observed in the Earth-vicinity from 2008 to 2011. After probing the interplanetary structure, we identified the CMEs ejected in appropriate time and direction to produce each magnetic cloud. The CME propagation directions were studied thanks to the simultaneous observations of the solar corona from three viewpoints: one from the LASCO (Large Angle and Spectroscopic Coronagraph) and two others from SECCHI (Sun Earth Connection Coronal and Heliospheric Investigation). We developed a new methodology to track the CMEs in 3D combining pseudo-automatic tracking by texture with triangulation and tie-pointing analysis. For each CME analyzed, we estimated the tridimensional speed (magnitude and direction) using the new method and compared the results with previous works. Combining observations of four ground-based cosmic ray (muon) detectors, we deduced the cosmic ray density gradient during each magnetic cloud period and the overall position of the MC center. In some cases, we fit a model of cosmic ray distribution inside magnetic clouds to the observed data and deduced further properties of the MCs, such as orientation and diameter. Finally, for each case, the results derived in the solar corona were compared with those derived from cosmic ray observations.O objetivo desta Tese é estudar ejeções coronais de massa (conhecidas pela sigla CME, da expressão em Língua Inglesa, coronal mass ejections) e suas correspondentes estruturas interplanetárias usando observações de sensoriamento remoto da coroa solar, dados de campo magnético e plasma in situ do meio interplanetário e observações de detectores de raios cósmicos instalados na superfície da Terra. As CMEs têm um papel central na relação Sol-Terra porque elas são uma das principais causadoras de tempestades geomagnéticas. Iniciou-se a análise desta Tese a partir de uma lista de nuvens magnéticas observadas entre 2008 e 2011 nas vizinhanças da Terra. Uma vez caracterizadas as estruturas interplanetárias, identificaram-se as CMEs ejetadas no período e direção apropriados para produzir cada uma das nuvens magnéticas. A direção das CMEs pode ser estudada graças a observação simultânea da coroa solar a partir de três pontos de observação distintos: um proveniente do instrumento LASCO (\emph{Large Angle and Spectroscopic Coronagraph}) e outros dois do SECCHI (\emph{Sun Earth Connection Coronal and Heliospheric Investigation}). Desenvolveu-se um novo método para rastrear as CMEs em três dimensões usando o rastreio pseudo-automático por textura, triangulação e pontos de amarra. Para cada CMEs, estimou-se a velocidade tridimensional (tanto a magnitude como a direção) usando o novo método e, nos casos já abordados em trabalhos anteriores, compararam-se os resultados. Por outro lado, combinando-se observações de quatro detectores de raios cósmicos (múons), deduziu-se o gradiente da densidade dos raios cósmicos para todos os casos de nuvens magnéticas observadas e, por conseguinte, estimou-se a sua posição geral. Em alguns casos, ajustou-se um modelo da distribuição dos raios cósmicos no interior da nuvem magnética com os dados observados e deduziram-se outras propriedades da nuvem magnética, como orientação e diâmetro. Finalmente, para cada caso, resultados obtidos na coroa solar foram comparados com aqueles deduzidos por observações de raios cósmicos.http://urlib.net/sid.inpe.br/mtc-m21b/2015/01.30.19.09info:eu-repo/semantics/openAccessengreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações do INPEinstname:Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)instacron:INPE2021-07-31T06:54:42Zoai:urlib.net:sid.inpe.br/mtc-m21b/2015/01.30.19.09.23-0Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttp://bibdigital.sid.inpe.br/PUBhttp://bibdigital.sid.inpe.br/col/iconet.com.br/banon/2003/11.21.21.08/doc/oai.cgiopendoar:32772021-07-31 06:54:43.356Biblioteca Digital de Teses e Dissertações do INPE - Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)false
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O objetivo desta Tese é estudar ejeções coronais de massa (conhecidas pela sigla CME, da expressão em Língua Inglesa, coronal mass ejections) e suas correspondentes estruturas interplanetárias usando observações de sensoriamento remoto da coroa solar, dados de campo magnético e plasma in situ do meio interplanetário e observações de detectores de raios cósmicos instalados na superfície da Terra. As CMEs têm um papel central na relação Sol-Terra porque elas são uma das principais causadoras de tempestades geomagnéticas. Iniciou-se a análise desta Tese a partir de uma lista de nuvens magnéticas observadas entre 2008 e 2011 nas vizinhanças da Terra. Uma vez caracterizadas as estruturas interplanetárias, identificaram-se as CMEs ejetadas no período e direção apropriados para produzir cada uma das nuvens magnéticas. A direção das CMEs pode ser estudada graças a observação simultânea da coroa solar a partir de três pontos de observação distintos: um proveniente do instrumento LASCO (\emph{Large Angle and Spectroscopic Coronagraph}) e outros dois do SECCHI (\emph{Sun Earth Connection Coronal and Heliospheric Investigation}). Desenvolveu-se um novo método para rastrear as CMEs em três dimensões usando o rastreio pseudo-automático por textura, triangulação e pontos de amarra. Para cada CMEs, estimou-se a velocidade tridimensional (tanto a magnitude como a direção) usando o novo método e, nos casos já abordados em trabalhos anteriores, compararam-se os resultados. Por outro lado, combinando-se observações de quatro detectores de raios cósmicos (múons), deduziu-se o gradiente da densidade dos raios cósmicos para todos os casos de nuvens magnéticas observadas e, por conseguinte, estimou-se a sua posição geral. Em alguns casos, ajustou-se um modelo da distribuição dos raios cósmicos no interior da nuvem magnética com os dados observados e deduziram-se outras propriedades da nuvem magnética, como orientação e diâmetro. Finalmente, para cada caso, resultados obtidos na coroa solar foram comparados com aqueles deduzidos por observações de raios cósmicos.
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