На НМ 20 января 2005 г. зарегистрировано - cr0.izmiran.ru

“Исследование модуляционных
эффектов галактических и солнечных
космических лучей
методом наземного мониторинга”
тема
ИЗМИРАН
ФИАН
ПГИ КО РАН
ИСЗФ СО РАН
БНО ИЯИ РАН ИКФИА СО РАН
ГС СО РАН
ИКИР ДВО РАН
http://cr0.izmiran.ru/mosc/main.htm
2005, ноябрь
Мировая сеть станций космических лучей
Основные результаты
• 1. Получено распределение пространственно временных вариаций плотности естественного
космического излучения с энергией 1-20 ГэВ в
околоземном пространстве на основе непрерывного
наземного мониторинга КЛ российской сетью
нейтронных мониторов (НМ). Наземная
регистрация КЛ проведена с минутным и часовым
временным разрешением и представлением
результатов в реальном времени в Интернете в
цифровом и графическом виде (ст. Апатиты,
Баренцбург, Москва, Иркутск, Якутск, Норильск,
Тикси, Новосибирск ) или передачи данных в
ИЗМИРАН по электронной почте (ст. Магадан,
мыс Шмидта,, Баксан) с дальнейшим
представлением их на
ftp://cr0.izmiran.rssi.ru/COSRAY! и
http://cr0.izmiran.rssi.ru/common/links.htm
Долговременные наземные наблюдения на
российской сети станций КЛ
Гигантское наземное возрастание КЛ
20 января 2005 г.
• На НМ 20 января 2005 г. зарегистрировано возрастание,
связанное с релятивистскими солнечными КЛ, величина
возрастания по отношению к фоновому уровню составила
несколько тысяч процентов на южных полярных станциях.
• Анализ этого крупнейшего события в КЛ, выполненный с
помощью оригинальных методик разными авторами
(участниками проекта), позволил из данных мировой сети НМ
получить параметры потоков и спектров солнечных
протонов, определить изменения спектра и анизотропии.
Показано существование двух компонент частиц: быстрой и
медленной, имеющих экспоненциальный и степенной
энергетические спектры, соответственно. Анизотропия для
быстрой компоненты заметно отличалась от направления
ММП, что могло быть результатом отклонения
коллимированного пучка частиц этой компоненты на
неоднородности ММП, находившейся на пути пучка
непосредственно перед Землей
Гигантское наземное возрастание КЛ
20 января 2005 г.
Возрастание солнечных протонов на ряде нейтронных мониторов.
Событие в КЛ 20 января 2005г. на Баксане
• По совокупности данных мировой сети НМ и различных
Баксанских детекторов (детекторов широких атмосферных ливней
(ШАЛ) Андырчи и Ковер, Баксанского мюонного детектора
(БМД) большой площади и Баксанского подземного
сцинтилляционного телескопа (БПСТ)) был получен
предварительный спектр СКЛ у Земли в широком диапазоне
энергий
релятивистских
первичных
протонов.
Важной
особенностью этих исследований является наличие в одной
географической точке (с одним геомагнитным порогом)
нескольких установок, регистрирующих различные компоненты
КЛ в отличающихся диапазонах энергии.(рис.)
Гигантское наземное возрастание КЛ 20 января 2005 г.
Ось анизотропии и питч-угловое распределение для двух потоков солнечных протонов. На
верхнем - для быстрого потока, характерный для станций South Pole и McMurdo. На нижнем
– для всех остальных станций. Направление межпланетного магнитного поля показано
обведенным кружком и крестом. Асимптотические направления (1-20 GV) приведены для
нейтронных мониторов: Th-Thule, Bar-Barentsburg, McM-McMurdo, SP-South Pole, SaSANAE, Ma-Mawson, Ou-Oulu, Ap-Apatity, Bak-Baksan, Nor-Norilsk, Ti-Tixie, CS-Cape Shmidt,
In-Inuvik, FS-Fort Smith.
Гигантское наземное возрастание КЛ 20 января 2005 г.
Восстановленные энергетические спектры солнечных протонов:
1 и 2 для быстрой и медленной компоненты в 7.00 UT; 3- 8.00 UT.
Сравнение с прямыми измерениями на GOES-10 и баллоннах.
События в июле 2005 года
В июле 2005 года, начиная с 16 июля, наблюдался весьма необычный Форбуш - эффект.
Глубокое понижение плотности КЛ (около 8% для 10 ГВ) произошло во время незначительного
возмущения солнечного ветра. Связать эти вариации КЛ с процессами в центральной части
солнечного диска не удается. Такое поведении КЛ лучей, по-видимому, связано с событиями на
западном лимбе и за ним, где в эти дни наблюдалось несколько больших выбросов солнечного
вещества. Событие характеризуется также очень большой (7-8 %) анизотропией космических
лучей, величина и, особенно, направление которой согласуется с предположением о западном
источнике. Обычно в таком случае (основное межпланетное возмущение далёко на западе)
Форбуш - эффект либо отсутствует, либо невелик и непродолжителен. В июле 2005 года мы
наблюдали редкое исключение, которое, по-видимому, свидетельствовало о гигантском (вполне
возможно >=30 %) понижении плотности КЛ западнее линии Солнце-Земля.
КЛ---H гелиосферы
• На основе анализа временных вариаций параметров
жесткостного спектра КЛ в периоды экстремальных событий
2003 и 2004 гг. показано, что по эффектам в КЛ возможно
получать информацию о напряженности крупномасштабного
магнитного поля гелиосферы и магнитных облаков, о
временных вариациях напряженности магнитных полей и
размерах структур, в которых происходят эти вариации, а
также о напряженности поляризационных электрических
полей, возникающих при распространении пучков ускоренных
частиц в неоднородных полях солнечной короны и гелиосферы
(cм. рис.)
•
•
точки на графиках - данные наблюдений
интенсивности частиц с жесткостями 0.24 ГВ (15 Мэв) и 10 ГВ, а
сплошной кривой – результаты расчетов для событий в октябре–ноябре 2003 г.
На следующих двух панелях приведены параметры жесткостного спектра КЛ,
отражающие процессы генерации в гелиосфере поляризационных электрических
полей . На графике параметра β дополнительно приведены (жирной кривой)
значения скорости СВ. Видно, что возрастания скорости СВ происходит при
максимальных значениях β, т.е. при генерации магнитных полей в гелиосфере. На
нижней панели приведены значения Dst-индекса.
на двух верхних панелях -
то же, но для события в ноябре 2004 г
Широтная зависимость КЛ
• Дано теоретическое описание интенсивности
космических
лучей
в
зависимости
от
гелиографической широты. Предполагалось, что
космические лучи испытывают модуляцию в
регулярном
электрическом
поле
гелиосферы,
обусловленном вращением вместе с Солнцем общего
магнитного поля. Нейтральная поверхность
(токовый слой) магнитного поля предполагалась
сдвинутой на 7º южной широты.
• Теоретические
кривые
хорошо
описывают
наблюдаемые зависимости для протонов и ядер
гелия, полученные при пролете космического
аппарата «Ulysses» в 1995 г. (см. рис.)
Теоретические кривые хорошо описывают наблюдаемые зависимости для протонов и
ядер гелия, полученные при пролете космического аппарата «Ulysses» в 1995 г., как
показано на рис.3 (прямые линии аппроксимация наблюдательных данных, жирные
кривые – теория).
Долговременное поведение анизотропии КЛ
• По данным Якутского комплекса мюонных телескопов на
поверхности земли и под землей на уровнях 7 , 20 , 60 м в.э. за
1972-2000 гг. показано (.1), что радиальная компонента
анизотропии ГКЛ (А12), независимо от полярности общего
магнитного поля Солнца (Аq), увеличивается к югу от
гелиоэкватора.
Установленное
поведение
анизотропии
согласуется с предположением об асимметрии гелиосферы, повидимому, соответствующей северо-южной асимметрии
солнечной активности в течение нескольких десятилетий.
(рис.)
Радиальная компонента анизотропии космических лучей в зависимости от
гелиошироты Земли  для трех периодов времени с разной полярностью общего
магнитного поля Солнца: (а) период положительной полярности (Аq>0) 1972-1978гг;
(б) период отрицательной полярности (Aq<0) 1982-1989 гг; (в) период положительной
полярности (Aq>0) 1992-2000гг
Годовая модуляция N-S анизотропии КЛ
На основе анализа данных нейтронных мониторов в
периоды с разной полярностью общего магнитного
поля Солнца получено, что только при отрицательной
полярности проявляется годовая модуляция североюжной анизотропии космических лучей.
Установленное поведение анизотропии качественно
согласуется с дрейфовым механизмом модуляции ГКЛ.
(рис.)
Работа с распределенной базой данных Мировой сети СКЛ
•
Создан рабочий вариант системы реального времени, для работы с
распределенной базой Мировой сети станций космических лучей. Система
осуществляет сбор и обработку данных мониторинга, представляя в
Интернет поведение основных характеристик КЛ, вместе с другими
параметрами космической погоды (рентгеновские вспышки, потоки протонов
и электронов, характеристики околоземной межпланетной среды, индексы
геомагнитной активности).
Организация баз данных
• Выделены межпланетные возмущения и
соответствующие транзиентные эффекты в
КЛ (Форбуш-эффекты) для 1966-1967 и 20022003 гг. и в отдельные месяцы 2004 г. Теперь в
создаваемом в ИЗМИРАНе каталоге Форбушэффектов и межпланетных возмущений собрано
около 4500 событий за 4 цикла солнечной
активности.
• Создана база данных протонных событий 19752004 гг., объединяющая рентгеновские измерения
спутников GOES cо спутниковыми измерениями
и наземными наблюдениями солнечных КЛ.
• Методическая и практическая поддержка в
модернизации
российской
сети
станций
космических лучей:
Модернизация 2005
• Ст. Баренцбург –
завершены работы по
созданию 3-й секции нейтронного монитора 6NM64
и к концу отчетного периода станция Баренцбург
оснащена стандартным нейтронным монитором
18NM64.
• Ст. Баксан – ведется непрерывная регистрация
нейтронной компоненты с часовым и минутным
временным
разрешением
и
обеспечивается
непрерывность работы. Закуплено оборудование и
начаты работы по замене системы регистрации
Баксанского НМ с целью уменьшения потерь
информации из-за сбоев аппаратуры и для
обеспечения возможности представления данных в
Интернет в режиме реального времени.
•
Модернизация 2005
• Мыс Шмидта – Выполнен еще один этап работ для
обеспечения публикации данных в реальном времени при отсутствии
на мыс Шмидта полноценного Интернета. Для этого разработаны
аппаратные и программные средства AutoMail, позволяющие в
автоматическом режиме ежечасно по почтовому протоколу передать
данные на центральный сервер.
• Ст. Новосибирск
– Начаты работы по монтажу
матричного мезонного телескопа с использованием газоразрядных
счетчиков в пропорциональном режиме.
Модернизация 2005
• Ст. Иркутск-начаты работы по обновлению некоторых
элементов электронного тракта (усилителей, в первую
очередь)для повышения помехоустойчивости.
• Ст. Иркутск 2,3- на всех уровнях начаты работы по
модернизации электронной части (усилители, источники
питания) и системы сбора данных. Между станциями
Иркутск-2000 и Иркутск-3000 (расстояние между двумя
горными вершинами 15 км) завершены работы по
организации радиомодемной связи с уровней 2000 и 3000
метров. Начаты работы, обеспечивающие выход в
Интернет этих станций.
Модернизация 2005
• Ст. Якутск –
завершен I этап модернизации
спектрографа космических лучей высоких энергий: в новом
помещении установлены и продолжена непрерывная
регистрация супермонитора 24NM64, ионизационной камеры
АСК-1 и мюонного телескопа. В настоящее время на станции
Якутск разработан и введен в эксплуатацию регистратор с
одноминутным разрешением. В связи со строительством
нового здания для спектрографа КЛ и переноса станции
проведены необходимые для работы станции расчеты
кратности и коэффициентов связи.
Модернизация 2005
• Ст. Москва – продолжены работы по модернизации
мюонного телескопа: начата отладка и настройка 4-й секции
сцинтилляционного телескопа (ФЭУ, усилители). Включена на
пробную регистрацию опытная секция телескопа на больших
пропорциональных счетчиках. Завершен этап проектирования
и макетирования системы сбора и обработки данных 5-го
поколения ССОИ-05. ИЗМИРАН курирует работы по
техническому переоснащению российской сети станций КЛ,
проводит разработку и изготовление новых образцов
оборудования для сети станций, и в особенности для
удаленных северных станций