Версия 06:06, 25 июня 2007 (править) Admin (Обсуждение | вклад) ← К предыдущему изменению |
Текущая версия (08:04, 1 декабря 2009) (править) (отменить) Admin (Обсуждение | вклад) |
||
(12 промежуточных версий не показаны.) | |||
Строка 1: | Строка 1: | ||
- | 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 | + | <short>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 </short> |
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 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. | ||
Строка 20: | Строка 20: | ||
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. | 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. | ||
+ | |||
[[Image:Image1.gif|400px]] | [[Image:Image1.gif|400px]] | ||
+ | |||
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. | 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. | ||
+ | |||
[[Image:Image2.gif|400px]] | [[Image:Image2.gif|400px]] | ||
+ | |||
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-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. | ||
+ | |||
[[Image:Image3.gif|400px]] | [[Image:Image3.gif|400px]] | ||
+ | |||
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. | 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. | ||
+ | |||
[[Image:Image3-b.gif|400px]] | [[Image:Image3-b.gif|400px]] | ||
+ | |||
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-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. | ||
[[Image:Image4-a.gif|400px]] | [[Image:Image4-a.gif|400px]] | ||
+ | |||
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. | 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. | ||
[[Image:Image4-b.gif|400px]] | [[Image:Image4-b.gif|400px]] | ||
+ | |||
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-а. Изменение жесткостей геомагнитного обрезания DRc в зависимости от пороговых жесткостей Rc в отдельные моменты времени за период 29-30 октября 2003 г. | ||
+ | |||
+ | [[Image:Image5-a.gif|400px]] | ||
+ | |||
+ | |||
+ | 5-б. Изменение жесткостей геомагнитного обрезания DRc в зависимости от пороговых жесткостей Rc в отдельные моменты времени за период 30-31 октября 2003 г. | ||
+ | |||
+ | [[Image:Image5-b.gif|400px]] | ||
+ | |||
+ | |||
+ | 6-а. Изменение жесткостей геомагнитного обрезания DRc в зависимости от пороговых жесткостей Rc в отдельные моменты времени за 20 ноября 2003 г. | ||
+ | |||
+ | [[Image:Image6-a.gif|400px]] | ||
+ | |||
+ | |||
+ | 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. | ||
+ | |||
+ | [[Image:Image6-b.gif|400px]] | ||
+ | |||
+ | |||
+ | ==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). | ||
+ | |||
+ | ==Список литературы== | ||
+ | |||
+ | # 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. | ||
+ | # 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. | ||
+ | # 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. | ||
+ | # 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. | ||
+ | # Дворников В.М., Сдобнов В.Е., Юдина М.В. Механизм модуляции космических лучей регулярными электромагнитными полями гелиосферы // Астрон. вестник. 2004 (в печати). | ||
+ | # 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. | ||
+ | |||
+ | |||
+ | ==Группа авторов== | ||
+ | |||
+ | Приведенные результаты получены группой авторов: | ||
+ | |||
+ | |||
+ | # Дворников В.М., ИСЗФ СО РАН (dvornikov@iszf.irk.ru) | ||
+ | # Сдобнов В.Е., ИСЗФ СО РАН (sdobnov@iszf.irk.ru) | ||
+ | # Юдина М.В., ИСЗФ СО РАН (rina@iszf.irk.ru) | ||
+ | # Белов А.В., ИЗМИРАН (abelov@izmiran.rssi.ru) | ||
+ | # Ерошенко Е.А., ИЗМИРАН (erosh@izmiran.rssi.ru) | ||
+ | # Янке В.Г., ИЗМИРАН (yanke@izmiran.rssi.ru) | ||
+ | # Крякунова О.Н., Институт ионосферы, Казахстан (krolganik@yandex.ru) | ||
+ | |||
+ | [[Category:Research]] | ||
+ | [[en:Variations in cosmic-ray intensity during extreme solar-heliospheric events in October-November 2003]] |
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.
Содержание |
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.
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).
Приведенные результаты получены группой авторов: