И гелиосферных характеристиках и в интенсивности галактических космических лучей



Скачать 79.65 Kb.
Дата05.11.2012
Размер79.65 Kb.
ТипДокументы

Особенности минимума 24-го солнечного цикла…

А.К. СВИРЖЕВСКАЯ, Г.А. БАЗИЛЕВСКАЯ, М.Б. КРАЙНЕВ, В.С. МАХМУТОВ,

Н.С. СВИРЖЕВСКИЙ, Ю.И. СТОЖКОВ

Физический институт имени П.Н. Лебедева РАН, Москва
ОСОБЕННОСТИ МИНИМУМА 24-го СОЛНЕЧНОГО ЦИКЛА В СОЛНЕЧНЫХ

И ГЕЛИОСФЕРНЫХ ХАРАКТЕРИСТИКАХ И В ИНТЕНСИВНОСТИ

ГАЛАКТИЧЕСКИХ КОСМИЧЕСКИХ ЛУЧЕЙ
Поведение галактических космических лучей (ГКЛ) низкой энергии (Е > 100 МэВ) в минимуме 24-го солнечного цикла существенно отличалось от того, что наблюдалось в предыдущих четырех минимумах. В середине 2007 г. потоки частиц на стратосферных станциях Мирный (Антарктика), Мурманск и Москва достигли уровня потоков в предыдущих минимумах, и можно было ожидать их уменьшения. Однако, начиная с конца 2008 г. потоки частиц возрастали, так что в июле 2009 г. их величина стала наибольшей за 50 лет измерений космических лучей в атмосфере. Вариации ГКЛ в 24-м минимуме солнечной активности согласуются с рекордно низкими величинами гелиосферного магнитного поля и скорости солнечного ветра около Земли в это время.
Минимум солнечной активности 24-го цикла (2007–2009 гг.) является особенным по многим признакам. В течение последних двух с половиной лет на Солнце почти полностью отсутствовали солнечные пятна [1]. Гелиосферное магнитное поле (ГМП) было самым слабым с начала его измерений в 1963 г. [2], причем поле ослабло не только около Земли, но и на орбите КА "Улисс" (1,3–5,3 а.е.) [3]. Более низкими были скорость солнечного ветра, температура и плотность солнечной плазмы около Земли [2]. Потоки ГКЛ с E > 100 МэВ в 2008–2009 гг. также заметно превышали потоки частиц в предыдущих минимумах солнечной активности, достигнув максимальной величины в июле 2009 года. Особенности вариаций космических лучей в текущем солнечном минимуме показаны в работе по данным, полученным в баллонных измерениях в атмосфере, которые в течение многих лет проводятся Физическим институтом им. П.Н. Лебедева.

Стратосферные ряды данных по космическим лучам. Измерения космических лучей в атмосфере проводятся в настоящее время на трех стратосферных станциях – Мурманск (геомагнитный порог Rc = 0,6 ГВ), Москва (Rc = 2,4 ГВ) и Мирный, Антарктида (Rc = 0,03 ГВ). В радиозондах в качестве детекторов заряженных частиц используются газоразрядные счетчики; в каждом отдельном измерении регистрируются глобальные (интегральные по углам) и вертикальные потоки заряженных частиц от уровня земли до высоты 30–35 км. Ряды данных по потокам частиц на станциях Мурманск и Москва имеются с 1957 г. и на станции Мирный с 1963 г. Более подробное описание стратосферного баллонного эксперимента приводится в работе [4].

Минимум солнечной активности 2007–2009 гг. является пятым, для которого доступны стратосферные данные.
В течение более чем 50 лет мониторинг космических лучей осуществляется детекторами одного и того же типа и сохраняется одна и та же методика их калибровки, что обеспечивает однородность долговременных рядов. Результаты измерений, дополнительно подтверждают эту однородность. На рис. 1 представлены потоки заряженных частиц в максимуме высотной кривой в атмосфере (максимуме Пфотцера) на трех стратосферных станциях за период времени 1957-2009 гг. Отметим, что в предыдущих 4-х солнечных минимумах эти потоки были практически одинаковыми.

В минимуме 24-го цикла потоки космических лучей достигли уровня потоков предыдущих минимумов в августе 2007 г. В это же время до обычного уровня, характерного для предыдущих минимумов солнечной активности, уменьшилось число солнечных пятен Rz и ослабло гелиосферное магнитное поле около Земли. Среднемесячная величина скорости солнечного ветра была равна своему многолетнему среднему значению (~ 430 км · с–1) [2]. Поэтому можно было ожидать, что потоки частиц к концу 2007 г. начнут уменьшаться, однако они начали возрастать, сначала на средних широтах, а затем и на высокоширотных станциях. Этот рост продолжался до июля 2009 г., и, как следствие этого, в текущем минимуме были зарегистрированы наивысшие потоки частиц с начала мониторинга космических лучей в атмосфере в 1957 г. Заметим, однако, что угол наклона гелиосферного токового слоя (ГТС) к солнечному экватору, величина которого в периоды минимумов солнечной активности хорошо коррелирует с интенсивностью ГКЛ, оставался в середине 2007 г. достаточно большим, равным ~ 15, тогда как в минимумах 1976 и 1987 гг. наклон ГТС уменьшался до 4 [5].



Рис. 1. Временные вариации потоков космических лучей в максимуме Пфотцера в атмосфере (~ 25 км в Мурманске (тонкая линия) и Мирном (пунктир), ~ 20 км в Москве (толстая линия)). Две верхние кривые для высокоширотных станций Мурманск и Мирный почти совпадают
Вариации космических лучей на станции Мурманск (пороговая энергия протонов 175 МэВ) в периоды трех солнечных минимумов (1965, 1987 и 2007 гг.) с одинаковым направлением ГМП NS+ (поле к Солнцу в северном полушарии гелиосферы) показаны на рис. 2. Такой выбор данных для сравнения позволяет исключить различия в потоках частиц, происходящие из-за вклада дрейфов, зависящего от знака магнитного поля. Как видно на рис. 2, в августе 2007 г. наметился "локальный" максимум интенсивности, после которого наблюдался небольшой ее спад. При обработке данных по методу наложенных эпох в качестве "нулевых" месяцев были выбраны май 1965 г., март 1987 г. и август 2007 г., когда потоки частиц были наибольшими. Через 10 месяцев после нулевого месяца (в июне-июле 2008 г.) на станции Мурманск начался рост космических лучей, как и на станции Мирный, Антарктика. Рост на станции Москва (пороговая энергия протонов 1600 МэВ) начался на полгода раньше, в январе 2008 г.


Рис. 2. Потоки космических лучей в максимуме Пфотцера на станции Мурманск в периоды,

близкие к минимумам солнечной активности с одинаковым направлением ГМП (NS+):

1963–1967 гг. (черные квадраты), 1985–1988 гг. (кружки), 2005–2009 гг. (треугольники)
Для сравнения в таблице приведены среднемесячные потоки частиц в максимуме высотной кривой на станциях Мурманск и Москва в 5 солнечных минимумах [6]. Превышение потоков частиц в июле 2009 г. над их средней величиной за 4 предыдущих минимума составляет 15 % на высоких широтах и 11 % на среднеширотной станции Москва.
Среднемесячные величины потоков космических лучей в максимуме Пфотцера (Nmax, см–2 · с–1)

на станциях Мурманск и Москва в минимумах 20–24 циклов солнечной активности


Номер

солнечного цикла

Время максимума потоков

космических лучей (год, месяц)

Nmax, см–2 · с–1

Мурманск

Nmax, см–2 · с–1

Москва

20

1965 май

3,474  0,006

2,851  0,010

21

1977 май

3,383  0,008

2,803  0,013

22

1987 февраль

3,346  0,015

2,799  0,013

23

1997 май

3,405  0,013

2,789  0,016

24

2009 июль

3,886  0,044

3,134  0,028


Потоки космических лучей и гелиосферное магнитное поле. В начале 2007 г. величина ГМП около Земли упала до уровня, характерного для трех предыдущих минимумов солнечной активности (рис. 3). Начиная с этого времени и до марта 2009 г. поле уменьшилось еще на 20 %. Но ослабление магнитного поля, как видно на рис. 3, началось значительно раньше, с конца 90-х годов. Уже в максимуме солнечной активности 2000–2003 гг. ГМП было заметно ниже (а потоки частиц выше), чем во время двух предыдущих (1980–1983 и 1989–1991 гг.) солнечных максимумов.

Рис. 3. Потоки космических лучей в интервале давления 20–30 г·см–2 (~ 25 км) на станции Мурманск

(толстая линия) и гелиосферное магнитное поле B около Земли (тонкая линия)
Измерения на "Улиссе" показали, что в течение 2006–2007 гг. магнитные поля были более слабыми (по сравнению с полями в той же фазе солнечного цикла в 1993–1995 гг.) и на других радиальных расстояниях (1,3–5,3 а.е.) от Солнца [3]. Ослабление ГМП в последние 10 лет может быть следствием общего уменьшения подфотосферного магнитного поля Солнца [7], являющегося источником полей в солнечных пятнах, короне и, в конечном счете, в гелиосфере.

В качестве основных факторов, определяющих интенсивность ГКЛ в гелиосфере, стандартная модель модуляции космических лучей рассматривает напряженность (и направление) гелиосферного магнитного поля и скорость солнечного ветра. Радиальный коэффициент диффузии космических лучей обратно пропорционален величине ГМП, поэтому при слабых полях потоки космических лучей внутрь гелиосферы возрастают, о чем свидетельствуют данные на рис. 3.

В течение последних трех лет, начиная с конца 2007 г., наблюдалось регулярное уменьшение среднемесячной скорости солнечного ветра около Земли [2]. Величина скорости упала примерно на 200 км·с–1 (с 520 км·с–1 в декабре 2007 г. до 330 км·с–1 в декабре 2009 г.). Солнечный ветер отвечает за конвективный вынос космических лучей из внутренней гелиосферы в межзвездное пространство, и при низкой его скорости конвекция ослаблена, а интенсивность ГКЛ внутри гелиосферы повышена. Два отмеченных фактора – слабое ГМП и низкая скорость солнечного ветра – являются наиболее вероятной причиной рекордного возрастания ГКЛ в 2008–2009 гг.

В октябре-ноябре 2009 г. угол наклона ГТС достиг значения 4,5°, типичного для трех предыдущих минимумов солнечной активности. Вариации интенсивности ГКЛ в периоды минимума хорошо коррелируют (коэффициент корреляции ~ 0,95) с наклоном ГТС [9] (с запаздыванием 2– 3 месяца). В декабре 2009 г. – январе 2010 г. угол наклона ГТС увеличился до 17°, и в настоящее время (март 2010 г.) можно ожидать уменьшение потоков частиц.

Заключение. В минимуме солнечной активности 24-го цикла (2008–2009 гг.) в атмосфере Земли были зарегистрированы наибольшие за 50-летний период измерений потоки космических лучей. Наиболее вероятной причиной возрастания ГКЛ в 2008–2009 гг. являются крайне слабое ГМП и низкая скорость солнечного ветра в гелиосфере. Вариации космических лучей в прошедшем минимуме солнечной активности могут послужить хорошим тестом для проверки теории модуляции космических лучей и для выбора тех параметров солнечной плазмы, которые контролируют интенсивность ГКЛ в гелиосфере.

Значительное возрастание потоков ГКЛ в 2008–2009 гг. нарушает устоявшееся представление о том, что интенсивность частиц в минимумах солнечной активности является легко прогнозируемой, так как в предыдущих 4-х минимумах (1965, 1976, 1987 и 1997 гг.) она оставалась на одном и том же уровне. Измерения 2008–2009 гг. показали, что в прогнозе интенсивности надо учитывать возможность существенного роста потоков ГКЛ в периоды минимумов.

Значительное (более 10 %) возрастание потоков космических лучей наблюдалось на стратосферной станции Москва, на которой пороговая энергия регистрируемых частиц (протонов) равна 1,6 ГэВ. Частицы с такой энергией влияют на ионизацию в тропосфере, что дает возможность проверить предположение [8] о связи между интенсивностью космических лучей и облачностью на Земле.

Работа была частично поддержана РФФИ (гранты №№ 08-02-00054, 10-02-00326, 10-02-10022k) и Программой Президиума РАН "Физика нейтрино и нейтринная астрофизика".
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Solar Influences Data Analysis Center [Электронный ресурс]: Центр анализа солнечных данных, Королевская обсерватория Бельгии. –Режим доступа: http://sidc.oma.be/

2. Goddard Space Flight Center [Электронный ресурс]: Центр данных по космической физике. –Режим доступа: http://omniweb.gfsc.nasa.gov/

3. Smith E.J., Balogh A. // Geophys. Res. Lett. 2008. V. 35. L22103.0 Doi: 10.1029/2008GL035345.

4. Bazilevskaya G.A., Svirzhevskaya A.K. // Space Sci. Rev. 1998. V. 85. P. 431.

5. The Wilcox Solar Observatory [Электронный ресурс]: Среднее магнитное поле Солнца. –Режим доступа: http://wso.stanford.edu.Tilts.html/

6. Стожков Ю.И., Свиржевский Н.С., Базилевская Г.А. и др. // Препринт ФИАН № 14. – Москва, 2007. Версия на online http://sites.lebedev.ru/DNS_FIAN/show.php?page_id=1949.

7. Livingston W., Penn M. // Eos. Transactions of the American Geophysical Union. 2009. V. 90. P. 264.

8. Marsh N., Svensmark H. // Space Sci. Rev. 2003. V. 107. P. 317.

9. Свиржевская А.К., Свиржевский Н.С., Стожков Ю.И. // Изв. РАН. Сер. Физ. 2009. Т. 73. С. 354.



Похожие:

И гелиосферных характеристиках и в интенсивности галактических космических лучей iconIV. Радиационная безопасность
Корпускулярная радиация состоит из космических лучей,имеющих галактическое происхождение космических лучей, посылаемых Солнцем, частиц,...
И гелиосферных характеристиках и в интенсивности галактических космических лучей iconТайна происхождения галактических космических лучей М. И. Панасюк, профессор, д ф. м н., директор ниияф мгу
Открытие было интерпретировано так: из Космоса приходит излучение, легко проникающее через атмосферу и стенки сосуда и ионизирующее...
И гелиосферных характеристиках и в интенсивности галактических космических лучей iconОграничения на ускорение космических лучей сверхвысоких энергий в астрофизических источниках
Несмотря на десятилетия напряженных исследований, некоторые вопросы физики космических лучей сверхвысоких энергий (энергии порядка...
И гелиосферных характеристиках и в интенсивности галактических космических лучей iconТёмная материя и тёмная энергия в астрофизике космических лучей
Межинститутское соглашение между ияи ран и Лабораторией Гран Сассо (Италия) “Соглашения о сотрудничестве по теоретической физике...
И гелиосферных характеристиках и в интенсивности галактических космических лучей iconТёмная материя и тёмная энергия в астрофизике космических лучей
Рффи 04-02-16757, Межинститутское соглашение между ияи ран и Лабораторией Гран Сассо (Италия) “Соглашения о сотрудничестве по теоретической...
И гелиосферных характеристиках и в интенсивности галактических космических лучей iconТёмная материя и тёмная энергия в астрофизике космических лучей
Рффи 03-02-16436, 04-02-16757, Межинститутское соглашение между ияи ран и Лабораторией Гран Сассо (Италия) “Соглашения о сотрудничестве...
И гелиосферных характеристиках и в интенсивности галактических космических лучей iconИсследование характеристик первичных космических лучей в энергетическом диапазоне 10 14 10 17 эВ методом шал ( Тунка, Сфера) Исследование шал на установке Тунка
Исследование характеристик первичных космических лучей в энергетическом диапазоне 1014 1017 эВ методом шал
И гелиосферных характеристиках и в интенсивности галактических космических лучей iconРентгеноспектральный анализ
Лукин А. А. Регистрация рентгеновских лучей и измерение их интенсивности: Учеб метод пособие. Воронеж: Изд-во вгту, 2000. 37 с
И гелиосферных характеристиках и в интенсивности галактических космических лучей iconГаршин И. К. О связи геологических и галактических циклов о галактических циклах в истории Земли
Гаршин Игорь Константинович, бизнес–аналитик, Каспийский Трубопроводный Консорциум (РФ)
И гелиосферных характеристиках и в интенсивности галактических космических лучей iconОбнаружение в холодной мзс рекомбинационных радиолиний водорода, ионизуемого протонами космических лучей

Разместите кнопку на своём сайте:
ru.convdocs.org


База данных защищена авторским правом ©ru.convdocs.org 2016
обратиться к администрации
ru.convdocs.org