Российская Академия Наук, Сибирское Отделение

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки

Исследованы вариации интенсивности космических лучей (КЛ) по данным наземных и спутниковых измерений в энергетическом диапазоне от ~15 МэВ до десятков ГэВ за период с 1 октября по 30 ноября 2003 г. Информация о солнечных источниках данных событий и о параметрах межпланетной среды приведена на сайте http://solarwind.cosmos.ru/materials.htm

Для анализа использовались данные наблюдений интенсивности протонов в энергетических диапазонах 15-44, 39-82, 84-200 и 110-500 МэВ, полученные на спутнике GOES-10 и данные о вариациях интенсивности КЛ различных жесткостей, полученных методом спектрографической глобальной съемки (СГС) [1-4] по наземным измерениям на мировой сети станций нейтронных мониторов (38 станций). Метод СГС позволяет по наземным наблюдениям КЛ на мировой сети станций получать информацию о вариациях углового и энергетического распределения первичных КЛ за пределами магнитосферы Земли, а также, - об изме-нениях планетарной системы жесткостей геомагнитного обрезания за каждый час наблюде--ний. Амплитуды вариаций отсчитывались относительно среднего уровня 12 октября 2003 г.

Для описания жесткостного спектра КЛ в широком диапазоне энергий использовалось выражение, полученное в предположении, что жесткостной спектр в Галактике описывается степенной функцией от жесткости КЛ, а изменение их интенсивности в межпланетном пространстве происходит из-за изменения энергии в регулярных электромагнитных полях гелиосферы в соответствие с теорией Лиувилля, т.е. при условии постоянства плотности частиц вдоль траектории движения в фазовом пространстве. В этом случае жесткостной дифференциальный спектр имеет следующий вид:

где e - полная энергия частиц, e0 - энергия покоя, T0 - кинетическая энергия, при которой интенсивность КЛ соответствующей жесткости в Галактике равна А, De - изменение энергии частиц в гелиосфере, определяемое выражением [5]:

Здесь (Ze - заряд частицы, U - потенциал индуцированного электрического поля гелиосферы , с - скорость света, W - угловая скорость вращения Солнца, Br(r0) - напряженность радиальной составляющей межпланетного магнитного поля (ММП) на расстоянии r0 от Солнца, u - скорость солнечного ветра (СВ), B - напряженность ММП), , B0 - напряженность фонового, а B - переменного во времени ММП,, Epl - напряженность поляризационного электрического поля, возникающего в гелиосфере при распространении потоков ускоренных частиц, R0 - магнитная жесткость частиц, ларморовский радиус которых равен размерам областей с нестационарными электромагнитными полями. Неизвестные параметры жесткостного спектра Dept, a, b, R0 определялись по данным наземных и спутниковых наблюдений по среднечасовым значениям интенсивности.

При описании анизотропии КЛ использовалось предположение о зависимости интенсивности частиц от их питч-угла в ММП и учитывались компоненты анизотропии, обусловленные градиентом плотности на ларморовском радиусе (холловских компонент). Для аппроксимации зависимости интенсивности КЛ от питч-угла в ММП использовался ряд по полиномам Лежандра (до второй гармоники включительно), а учет холловских компонент анизотропии осуществлялся с помощью первой сферической гармоники при условии ортогональности этой составляющей анизотропии вектору ММП.

[править] Результаты анализа

1. Вариации глобальной интенсивности КЛ с жесткостью R=4 ГВ за пределами магнитосферы в процентах к фоновому уровню; изменения жесткости геомагнитного обрезания при пороговой жесткости R=4 ГВ и Dst-индекс (красная кривая) (вторая сверху панель); временные вариации амплитуд первой A1 и второй A2 гармоник, характеризующих анизотропию КЛ (две нижние панели) в октябре-ноябре 2003 г.

2. Временные профили интенсивности КЛ с жесткостями R=0.24 ГВ (15-44 МэВ), R=0.342 ГВ (39-82 МэВ), R=5 и 20 ГВ (четыре верхних панели), рассчитанные по формулам (1) и (2) с использованием параметров Dept, a, b, R0 (четыре нижние панели), определенных по данным наземных и спутниковых измерений в октябре-ноябре 2003 г. Красные кривые на четырех верхних панелях - результаты расчетов, точки - данные наблюдений.

3-а. Жесткостные спектры относительных изменений интенсивности КЛ в отдельные моменты временного интервала с 26 по 29 октября 2003 г. Черные кривые - результаты расчетов модельного спектра по формулам (1), (2), треугольники - данные наблюдений.

3-б. Жесткостные спектры относительных изменений интенсивности КЛ в отдельные моменты временного интервала с 29 по 31 октября 2003 г. Черные кривые - результаты расчетов модельного спектра по формулам (1), (2), треугольники - данные наблюдений.

4-а. Жесткостные спектры относительных изменений интенсивности КЛ в отдельные моменты 20 ноября 2003 г. Черные кривые - результаты расчетов модельного спектра по формулам (1), (2), треугольники - данные наблюдений.

4-б. Жесткостные спектры относительных изменений интенсивности КЛ в отдельные моменты 20 и 21 ноября 2003 г. Черные кривые - результаты расчетов модельного спектра по формулам (1), (2), треугольники - данные наблюдений.

5-а. Изменение жесткостей геомагнитного обрезания DRc в зависимости от пороговых жесткостей Rc в отдельные моменты времени за период 29-30 октября 2003 г.

5-б. Изменение жесткостей геомагнитного обрезания DRc в зависимости от пороговых жесткостей Rc в отдельные моменты времени за период 30-31 октября 2003 г.

6-а. Изменение жесткостей геомагнитного обрезания DRc в зависимости от пороговых жесткостей Rc в отдельные моменты времени за 20 ноября 2003 г.

6-б. Изменение жесткостей геомагнитного обрезания DRc в зависимости от пороговых жесткостей Rc в отдельные моменты времени за период 20 и 21 ноября 2003 г.

[править] Выводы

1. Используемое выражение для дифференциального жесткостного спектра КЛ удовлетворительно описывает вариации интенсивности протонов в энергетическом диапазоне от ~ 15 МэВ до десятков ГэВ на всем исследуемом периоде (см. рис. 2-4).

2. Изменение интенсивности КЛ (в рамках используемой модели) происходит, во-первых, вследствие временных вариаций и пространственной неоднородности потенциала индуцированного электрического поля, во-вторых, вследствие ускорения частиц в петлеобразных структурах корональных и межпланетных магнитных полей, переменных во времени, и, в-третьих, из-за ускорения фоновых частиц поляризационными электрическими полями, возникающими при распространении ускоренных в солнечной короне и межпланетном пространстве частиц в неоднородных полях гелиосферы.

При этом напряженность магнитного поля в этих структурах за счет временных вариаций изменяется, относительно фоновой, в 2-3 раза (см. поведение параметра b на рис. 2), а квадрат отношения напряженности поляризационного электрического поля к маг-нитному варьирует в пределах от ~ 0 до ~ 0.9 (см. поведение параметра a на рис. 2).

Размер областей с нестационарными электромагнитными полями (пересчитанный к орбите Земли) в соответствии со значениями параметра R0 (см. рис. 2) составляет 1010-1011 см.

Величина потенциала индуцированного электрического поля уменьшалась почти до нулевых значений, а увеличивалась - в ~ 1.5 раза относительно фоновых значений (см. рис. 2).

3. В отдельные моменты исследуемого периода наблюдается двунаправленная анизотропия большой амплитуды (десятки процентов) в угловом распределении частиц, что свидетельствует, во-первых, о выносе магнитных облаков и петлеобразных структур межпланетного магнитного поля (ММП) корональными выбросами вещества, и, во-вторых, - о высокой степени регулярности ММП в этих структурах [4, 6]. Максимальные амплитуды двунаправленной анизотропии наблюдались 29 и 31 октября (~ 50 % и 30 %, соответственно), 21-24 ноября (~ 15 %) для частиц с жесткостью R = 4 ГВ (см. рис. 1).

4. Максимальные изменения жесткостей геомагнитного обрезания наблюдались в периоды геомагнитных бурь 29-30 октября и 20 ноября 2003 г. в интервале пороговых жесткостей от 2 до 5 ГВ (см. рис. 1, 5, 6).

[править] Список литературы

1. Dvornikov V.M., Sdobnov V.E., Sergeev A.V. Analysis of cosmic ray pitch-angle anisotropy during the forbush-effect in June 1972 by the method of spectrographic global survey // Proc. 18th ICRC. Bangalor. India. 1983. V. 3. P. 249-252.
2. Дворников В.М., Сдобнов В.Е. Модификация метода спектрографической глобальной съемки для изучения вариаций планетарной системы жесткостей геомагнитного обрезания // Изв. АН СССР. Сер. физ. 1991. T. 55, © 10. С. 1988-1991.
3. Dvornikov V.M., Sdobnov V.E. Time variations of the cosmic ray distribution function during a solar proton event of September 29, 1989 // J. Geophys. Res. 1997. V. 102, N A11. P. 24209-24219.
4. Dvornikov V.M., Sdobnov V.E. Variations in the rigidity spectrum and anisotropy cosmic rays at the period of Forbush effect on the 12-25 July 1982 // IJGA. 2002. V. 3, N 3. P. 217-228.
5. Дворников В.М., Сдобнов В.Е., Юдина М.В. Механизм модуляции космических лучей регулярными электромагнитными полями гелиосферы // Астрон. вестник. 2004 (в печати).
6. Richardson I.G., Dvornikov V.M., Sdobnov V.E., Cane H.V. Bidirectional particle flows at cosmic ray and lower (~1 MeV) energies, and their association with interplanetary CMEs/ejecta // J. Geophys. Res. 2000. V. 105, N A6. P. 12579-12591.

[править] Группа авторов

Приведенные результаты получены группой авторов:

1. Дворников В.М., ИСЗФ СО РАН (dvornikov@iszf.irk.ru)
2. Сдобнов В.Е., ИСЗФ СО РАН (sdobnov@iszf.irk.ru)
3. Юдина М.В., ИСЗФ СО РАН (rina@iszf.irk.ru)
4. Белов А.В., ИЗМИРАН (abelov@izmiran.rssi.ru)
5. Ерошенко Е.А., ИЗМИРАН (erosh@izmiran.rssi.ru)
6. Янке В.Г., ИЗМИРАН (yanke@izmiran.rssi.ru)
7. Крякунова О.Н., Институт ионосферы, Казахстан (krolganik@yandex.ru)

• К этой странице обращались 16 273 раза.
•  
• Продолжая использовать наш сайт, Вы даете согласие на обработку пользовательских данных (IP-адрес; версия ОС; версия веб-браузера; сведения об устройстве (тип, производитель, модель); разрешение экрана и количество цветов экрана; версия Flash; версия Silverlight; наличие программного обеспечения для блокирования рекламы, наличие Cookies, наличие JavaScript; язык ОС и Браузера; время, проведенное на сайте; действия пользователя на сайте) в целях определения посещаемости сайта.
•