Manyetik Uç Noktasındaki Yüksek Enerjili Parçacıklar: Parçacık Takibi İçin Vaka Çalışması

Abstract

Bu çalışmanın ana amacı, enerjetik parçacıkların manyetik çevremize nasıl ve nereden geldiklerini araştırma konusundaki temelleri oluşturmak üzere parçacık takibini yapacak programlama kodunu geliştirmektir. Örnek çalışma olarak manyetik uç (magnetic cusp) bölgesi seçilmiştir. Parçacık takibi için, Leapfrog metodu ve CCMC modellerinden biri olan BATSRUS MHD modeli sonuçları kullanılmıştır. Araştırdığımız temel sorular: 1-) Manyetik uç bölgesinin uydu gözlemlerini BATSRUS MHD sonuçları ile karşılaştırarak modelin gözlemlerden ayrıştığı veya benzeştiği noktaları belirlemek; bu şekilde modelin zayıf ve kuvvetli olduğu noktaları açığa çıkartmak, 2-) Enerjetik parçacıkları geriye doğru takip ederek nereden, nasıl geldiklerine yönelik tartışma geliştirmektir. Interball uydusu ile iki manyetik uç geçişi saptanmıştır. MHD modeli bu iki “vaka” için o anda hakim IMF ve güneş rüzgarı plazması şartlarında çalıştırılmıştır. Manyetik uç noktasının yapısını belirleyen, manyetik alan, parçacık yoğunluğu, sıcaklığı, ve hızı gibi parametreler karşılaştırılmıştır. Karşılaştırmalar sonucunda model değerlerinin nitelik olarak manyetik uç bölgesindeki değişkenliği yakalayamadığı, nicelik olarak da gözlem değerlerinden daha büyük değerler verdiği görülmüştür. Sonuçlar IMF ve güneş rüzgarı şartlarına bağlı olarak tartışılmıştır. Parçacık kodu önce teorik beklentilerle sınanmış, uygunluğu görülmüştür. BATSRUS modeli kuzeyli ve güneyli IMF için çalıştırılmış. Sonuçlar parçacık koduna integre edilmiş ve parçacıklar ileri doğru hareket ettirilmiştir. İki durum için parçacıkların farklı bölgelere hareket ettiği görülmüştür. Ayrıca, parçacık kodu gerçek iki test “vaka”sı için geriye doğru çalıştırılmış ve farklı enerjideki parçacıkların bu iki durum için farklı bölgelerden geldiği görülmüştür. Çalışmamızda elde edilen sonuçlar test sonuçlarıdır. Asıl amacımız olan programlama kodunun başarı ile çalıştırılması gerçekleştirilmiştir. Fiziksel yorumların tamamlanması için kodun bir çok “vaka”’ üzerinde denenmesi gerekmektedir.

The main purpose of this study is to develop a particle tracing code which, in the end, will be used to study how and where the cusp energetic particles originated. Leapfrog method and results from BATSRUS MHD model at CCMC/NASA is used. Simulation results are compared with the satellite observations to determine the strength and weaknesses of the model and develop a computer code which will trace the energetic particles observed at the cusp. BATSRUS was run for two cusp events determined using Interball spacecraft and with the appropriate solar wind plasma and IMF conditions. Comparisons of model magnetic field, proton density, velocity and temperature for these events showed that the general trends in model results agree with the observations. However, qualitatively the model does not catch the high fluctuations of the observations and quantitatively it gives higher values than those observed. Results are discussed on the basis of the solar wind plasma and IMF conditions. Particle code was tested successfully with the theoretical expectations. BATSRUS was run for southward and northward IMF and also for two real event cases. Forward tracing for the former cases and backward tracing for later real events showed that the particles at different energies were mapped into the different magnetospheric regions. Results presented here are very preliminary. Although the code is tested for different cases and it works successfully, it still needs runs for more real events to draw more physical consequences for our understanding of the cusp environment.