Detalhes bibliográficos
| Ano de defesa: |
2014 |
| Autor(a) principal: |
Iver Ronald Winkelmann Mendizabal |
| Orientador(a): |
Fernanda de São Sabbas Tavares |
| Banca de defesa: |
Delano Gobbi,
Renato Sérgio Dallaqua,
Inacio Malmonge Martin |
| Tipo de documento: |
Dissertação
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| Tipo de acesso: |
Acesso aberto |
| Idioma: |
por |
| Instituição de defesa: |
Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)
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| Programa de Pós-Graduação: |
Programa de Pós-Graduação do INPE em Geofísica Espacial/Ciências Atmosféricas
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| Departamento: |
Não Informado pela instituição
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| País: |
BR
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| Resumo em Inglês: |
Theorized in the 1920s, emission of particles and energetic photons by thunderclouds and lightning has beem the subject of intense study within the last couple of decades. This new area of research, called High-Energy Atmospheric Physics, became subject of great interest with the accidental discovery of gamma-ray burst of terrestrial origin, as registered by one of the instruments of the satellite Compton Gamma- Ray Observatory (CGRO). Several experimental and theoretical studies have revealed many of the features related to the origin and production of this phenomenon, the most energetic produced in our planet. However, there are fundamental questions that remain unanswered. One is the origin of the electric field capable of accelerating electrons that can emit photons with energies up to 100 \emph{M eV}. In this work, the data of the Lightning Imaging Sensor (LIS), onboard the Tropical Rainfall Measurement Mission (TRMM) satellite, was explored for the first time in combination with the high energy particlejphoton data of the tank detectors of the Pierre Auger Observatory, located in Argentina, in seeking of such emissions. Using five years of data, a preliminary analysis was performed looking for coincidences with a maximum difference of $\pm$100 \emph{ms}, resulting in only 1.72\% of the LIS data in coincidence with the events recorded by Auger. Statistical tests were implemented to determine whether this percentage could result from a purely random association or noto The tests showed that the probability of finding space-time random coincidences is approximately three times less than the percentage found. In order to refine the analysis, we grouped the Group data into Flashes using 11S space-time criteria, such that the resulting data set was reduced to 209 Groups and 209 events T3, events that are composed of 841 individual detector tanks records. Subsequently we analyzed the type of trace recorded in each tank, classifying them into traces produced by particlesjphotons (73.9\%) and traces produced by VHF emissions (26.1\%). Of the total of the tanks with VHF emission traces 96\% were recorded at a distance $\leq$32$\pm$4 \emph{km} from the location of the first Group of the Flash. On the other hand, five tanks with particlesjphotons traces were recorded at a distance $\leq$4$\pm$4 km. A detailed analysis of the five tanks was carried out for two reasons: 1) a comparative analysis of spatial differences between distributions showed that all records with tanks $\Delta$s $\leq$20 \emph{km} were not well explained; and 2) the spatial constraint, reported in the literature, establishing the maximum range of particles emitted by thunderclouds in $\sim$500 \emph{m}. Detailed analysis of five tanks showed that the detection rate of particlesjphotons per group was 7.8x $10^{-5}$. The duration of the records varied between 0.27$\mu$s and 0.50$\mu$s and their energy varied between 489.4 \emph{MeV} and 2493.2 \emph{MeV}. The $\Delta$t between the records and the associated Flashes ranged from -31$\pm$26 $\mu$s and 11$\pm$26 $\mu$s, and in one of the cases it was possible to establish that the Group happened before the recording of the tank trace. |
| Link de acesso: |
http://urlib.net/sid.inpe.br/mtc-m21b/2014/05.19.13.59
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Resumo: |
Embora teorizada na década de 1920, a emissão de partículas e fótons energéticos por nuvens de tempestade e relâmpagos vem sendo alvo de intenso estudo apenas nas últimas décadas. Essa nova área de pesquisa, denominada como Física Atmosférica de Alta Energia, ganhou grande interesse com a descoberta inicial de flashes de raios gama com origem terrestre, registrados por um dos instrumentos do satélite Observatório Compton de Raios Gama (CGRO). Diversos estudos experimentais e teóricos revelaram muitas características da origem e da produção desse fenômeno, o mais energético produzido em nosso planeta. Entretanto, existem questões fundamentais que permanecem sem resposta. Uma delas é o origem do campo elétrico capaz de acelerar elétrons que possam emitir fótons com energias de até 100 \emph{Me V}. Neste trabalho, pela primeira vez, explorou-se dados de relâmpago, coletados pelo Sensor Imageador de Relâmpagos (LIS) a bordo do satélite Missão de Medida da Precipitação Tropical (TRMM), conjuntamente com dados de partículas/fótons de alta energia detectados no solo pelos sensores do Observatório Pierre Auger, localizado na Argentina, na procura de tais emissões. Utilizando cinco anos de dados foi realizada uma análise preliminar procurando coincidências com uma diferença máxima de $\pm$100 \emph{MS}, resultando apenas 1,72\% dos dados do LIS em coincidência com os eventos registrados pelo Auger. Foram implementados testes estatísticos para averiguar se essa percentagem poderia ou não ser resultado de uma associação puramente aleatória. Os testes mostraram que a probabilidade de encontrar coincidências espaço-temporais aleatórias é aproximadamente três vezes menor do que a percentagem encontrada. Para aperfeiçoar a análise, os Grupos foram agrupados em Flashes utilizando-se os critérios tempo-espaciais do LIS, assim o conjunto de dados foi reduzido em 209 Grupos e 209 eventos T3, eventos que estão compostos por 841 registros de tanques individuais. Posteriormente foi analisado o tipo de traço registro de cada tanque, separando-os entre traços produzidos por partículas/fótons (73,9\%) e traços produzidos por emissões VHF dos relâmpagos (26,1\%). Do total de tanques com traço de emissões VHF 96\% foram registradas a uma distância $\leq$32$\pm$4 \emph{km} da localização dos primeiros Grupos dos Flashes. Por outro lado, cinco tanques com traço de partículas/fótons foram registrados a uma distância $\leq$4$\pm$ 4 \emph{km}. Uma análise detalhada dos cinco tanques foi realizada devido a duas razões: 1) uma análise comparativa entre distribuições de diferenças espaciais mostrou que todos os registros de tanques com $\Delta$\emph{s}$\leq$20 \emph{km} não eram bem explicados; e 2) a restrição espacial, reportada na literatura, que estabelece o alcance máximo das partículas emitidas pelas nuvens de tempestade em $\sim$500 m. A análise detalhada dos cinco tanques mostrou que a taxa de detecção de partículas/fótons emitidas pelo primeiro Grupo dos Flashes foi de 7,8 x $10^{-5}$. A duração dos registros variou entre 0,27$\mu$\emph{s} e 0,50$\mu$\emph{s} e sua energia ficou entre 489,4 \emph{MeV} e 2493,2 \emph{MeV}. O $\Delta$\emph{t} entre eles e os Flashes associados variou entre -31$\pm$26 $\mu$\emph{s} e 11$\pm$26 $\mu$\emph{s} e em um dos casos foi possível estabelecer que o Grupo aconteceu antes do registro no tanque. |
