Resumen de Spatial distribution of solar energetic particles in the inner heliosphere: influence of solar origin and interplanetary context

Laura Rodríguez García

• español

  Esta tesis doctoral constituye un estudio exhaustivo de la distribución espacial, tanto longitudinal como radial, de partículas energéticas solares en la heliosfera interna, prestando especial atención a la influencia de la fuente solar y del contexto interplanetario. Con este fin, se lleva a cabo un análisis detallado del suceso de partículas energéticas solares (SEP) de amplia distribución longitudinal del 19 de agosto de 2013, observado por varias misiones espaciales distribuidas radial y longitudinalmente en la heliosfera; y de la eyección coronal de masa (CME) asociada al suceso de partículas. También se realiza un estudio sistemático de los sucesos de electrones medidos por la misión MESSENGER, distante alrededor de 0,3 ua del Sol, entre febrero de 2010 y mayo de 2015, siendo el suceso de agosto de 2013 parte de la muestra. Algunos de estos sucesos son también observados por la misión STEREO, cerca de 1 ua, y por otros observatorios en la cercanía de la Tierra cuando contaban con una conexión magnética semejante a la de MESSENGER. De manera similar, se incluye una muestra de sucesos observados por la misión Solar Orbiter cerca del primer perihelio de la fase nominal de la misión, a 0,32 ua. Los resultados fundamentales se resumen a continuación: Las correlaciones entre la intensidad de electrones y los parámetros de la fuente solar, como la intensidad de la fulguración o la velocidad de la onda de choque coronal asociada a la CME, son mayores que las encontradas en estudios basados en datos de misiones cerca de 1 ua. En sucesos intensos, graduales y de amplia distribución longitudinal, la principal fuente de aceleración de electrones parece estar asociada a la onda de choque coronal. Existe una gran variabilidad en la dependencia radial de la intensidad máxima de los electrones entre 0,3 ua y 1 ua, con una alta influencia del contexto interplanetario, como en el suceso de agosto de 2013. Sin embargo, se confirma la dependencia promedio en la forma R-3 encontrada en estudios previos, siendo R la distancia radial al Sol. El promedio del índice espectral de los electrones para los sucesos en la muestra de MESSENGER es mucho más `duro' que los índices espectrales obtenidos de misiones cercanas a 1 ua. El suavizado sistemático de los índices espectrales entre 0,3 y 1 ua puede estar asociado a procesos de difusión interplanetaria de las partículas energéticas (scattering), como se deduce de las observaciones para el suceso de agosto de 2013.

• English

  In this thesis work we present a thorough study of the spatial, both longitudinal and radial, distribution of solar energetic particles in the inner heliosphere. We pay special attention to the influence of the solar origin and of the interplanetary context. For this purpose, we perform a detailed analysis of the widespread solar energetic particle (SEP) event on 2013 August 19, which particle spread was measured by several spacecraft radially and longitudinally distributed in the heliosphere, and of the coronal mass ejection (CME) associated to the particle event. We also carry out a statistical study of the electron events measured by the MESSENGER mission (near 0.3 au from the Sun) from February 2010 to May 2015, including the SEP event in August 2013. Some of these events were also observed by STEREO (near 1 au) and near-Earth missions, when in close nominal magnetic connection with MESSENGER. Similarly, we include a sample of events measured by Solar Orbiter around its first perihelion in the nominal phase of the mission, near 0.32 au, when Solar Orbiter was in close nominal magnetic connection with near 1 au spacecraft. The main findings of the thesis work are as follows: the correlations of the electron peak intensities with the solar source parameters, such as the flare intensity or the CME-driven shock speed, based on near 0.3 au particle measurements are stronger than those found in previous studies using near 1 au data. The main source of the acceleration of particles in gradual, wide, and large events is most likely the CME-driven shock. There is a wide variability in the radial dependence of the electron peak intensities between near 0.3 au and 1 au, with a high influence of the interplanetary context, as shown in the August 2013 event. However the mean ∝ R -3 dependence found in previous studies, being R the radial distance to the Sun, is confirmed. The mean spectral index δ found with MESSENGER data is much harder than in previous studies using near 1 au measurements. The systematic softening of the spectral indices of the energetic electrons between near 0.3 au and near 1 au locations is likely related to interplanetary scattering affecting the particle propagation, as found in the study of the August 2013 SEP event.