ИЗВЕСТИЯ РАН. СЕРИЯ ФИЗИЧЕСКАЯ, 2015, том 79, № 5, с. 714-715
УДК 524.1-352:539.1.05
ДАННЫЕ МЮОННОГО ГОДОСКОПА УРАГАН В РЕАЛЬНОМ ВРЕМЕНИ
© 2015 г. В. В. Шутенко, И. И. Астапов, Н. С. Барбашина, В. В. Борог, А. Н. Дмитриева, Р. П. Кокоулин, К. Г. Компанией, Ю. Н. Мишутина, А. А. Петрухин, О. А. Ситько, Д. В. Чернов, Е. И. Яковлева, И. И. Яшин
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования Национальный исследовательский ядерный университет "МИФИ", Москва E-mail: VVShutenko@mephi.ru
Для мониторинга космической погоды используются данные детекторов, размещенных на космических спутниках и на поверхности Земли. Один из таких детекторов — мюонный годоскоп УРАГАН, который регистрирует угловое распределение потока мюонов в широком диапазоне зенитных углов. Результат обработки данных в режиме реального времени — временные ряды характеристик угловых распределений. Изображения текущих графиков временных рядов и матриц вариаций угловых распределений представлены на сайте экспериментального комплекса НЕВОД в сети Интернет.
DOI: 10.7868/S0367676515050397
ВВЕДЕНИЕ
Мюонный годоскоп УРАГАН [1] (55.7° N. 37.7° Е, 173 м н. у. м.) — это координатно-треко-вый детектор, позволяющий исследовать вариации углового распределения потока мюонов с пороговыми энергиями от 0.2 до 0.4 ГэВ, обусловленные различными атмосферными и внеатмосферными процессами. УРАГАН состоит из четырех независимых супермодулей (СМ), площадь каждого ~11 м2. Супермодули регистрируют угловое распределение потока мюонов в широком диапазоне зенитных углов (0°—80°) с высоким угловым разрешением (~1°). Три супермодуля (СМ1, СМ3 и СМ4) непрерывно находятся в режиме регистрации, а один (СМ2) используется в основном для тестирования и калибровки детекторов различного типа [2]. Данные набираются по минутным интервалам времени (кадрам) и содержат матрицы (двумерные гистограммы) угловых распределений и контрольную информацию. Используются три типа матриц с различными угловыми ячейками: по зенитному и азимутальному углам, по тангенсам проекционных углов и по проекционным углам.
Периодически (каждые 5 минут и в начале каждого часа) делается обработка, результаты которой представляются на четырех страницах сайта экспериментального комплекса НЕВОД:
♦ 5- и 60-минутные вариации темпа счета — http://nevod.mephi.ru/uragan_data.htm ;
♦ анизотропия, 2Э-фурье-анализ, мюоногра-фии (5-минутные данные) — http://nevod.me-phi.ru/English/atmosphere.php ;
♦ анизотропия, С8Е-мюонографии (60-минутные данные) — http://nevod.mephi.ru/En-glish/heliosphere.php;
♦ вейвлет-анализ — http://nevod.mephi.ru/ English/wavurg.htm.
ВАРИАЦИИ ТЕМПА СЧЕТА
Вариации темпа счета с барометрической коррекцией представлены в виде графиков отклонений в процентах относительно следующих значе-
ний темпов счета: ~1450 с
1412 с-1 и ~1414 с-
для СМ1, СМ3 и СМ4 соответственно. Средний темп счета по трем СМ формируется так:
I _ 1 1Т1 + 13Т3 + 14 Т4 (1)
Т + Тз + Т4 ' Здесь, 11,13,14 — темпы счета СМ1, СМ3 и СМ4 с барометрической коррекцией, Т1, Т3 и Т4 — "живое время" для СМ1, СМ3 и СМ4. Статистическая погрешность 5-минутных значений отклонений для среднего темпа счета по трем супермодулям ~0.1%, а для 60-минутных значений: ~0.03% — для среднего по трем СМ и ~0.05% — по супермодулям в отдельности.
АНИЗОТРОПИЯ
Для анализа изменений углового распределения потока мюонов по данным трех СМ используется вектор локальной анизотропии А [2], представляющий собой сумму единичных векторов треков частиц, нормированную на число треков.
ДАННЫЕ МЮОННОГО ГОДОСКОПА УРАГАН В РЕАЛЬНОМ ВРЕМЕНИ
715
Используется диапазон углов по зениту 9 = = 0°...75°, по азимуту ф = 0°...360°.
Для горизонтальных проекций на оси север-юг Л5оШН и запад-востокЛЕа11 сумма по углам не зависит от барометрических и температурных поправок. При вычислении вертикальной проекции Л2 используются барометрические поправки, зависящие от зенитного угла.
Дополнительную информацию позволяет получить разница текущего вектора анизотропии А и
некоторого среднего его значения Ан, вычисленного по ранее набранным данным (в режиме реального времени используется Ан (ЛШоШН ~ 0.0031, Лш~ 0.0020, Лш~ 0.83), полученный за промежуток времени с февраля по ноябрь 2007 г.). Разница этих векторов г (относительный вектор анизотропии) и его горизонтальная проекция тк
r = A - A
N 5
r South
2
rEast,
(2)
показывают, в каком направлении и в какой степени произошла деформация углового распределения потока частиц. Для вейвлет-обработки используется ть, вычисленная с помощью Ам, полученного по данным за предшествующие 24 часа.
можных относительно больших изменениях текущего и нормировочного темпов счета.
2£-ФУРЬЕ-АНАЛИЗ И ВЕЙВЛЕТ-АНАЛИЗ
2.0-фурье-преобразование сглаженной матрицы изменений без коррекции на форму углового распределения используется для получения пространственно-волновых характеристик: Рш — сумма амплитуд всех пространственных волн; Ртах — максимальная амплитуда волны среди волн с частотой более 1 (в относительных единицах); alpha — направление фронта волны с амплитудой Ртах (в градусах от направления на юг в сторону направления на восток); Freq — относительная частота волны с амплитудой Ртах.
Для анализа вариаций периодических сигналов во временных рядах темпа счета и характеристик зе-нитно-угловых распределений выполняется вей-влет-обработка с использованием вейвлета Морле. При вычислении вейвлет-коэффициентов для текущего момента времени используются только текущие и предыдущие данные временных рядов. Результаты вейвлет-обработки представляются в виде зависимостей от времени амплитуд и мощности вейвлет-коэффициентов для периодов от 20 минут до 32 часов.
МЮОНОГРАФИИ
Мюонографии — графические изображения матриц изменений углового распределения темпа счета за последний час или 5 минут (текущая матрица) относительно нормировочной матрицы за предшествующие 24 часа, в единицах статистических погрешностей [3]. По данным трех СМ формируются следующие мюонографии: несглаженные, сглаженные гауссовым фильтром низких частот, с коррекцией на форму углового распределения ("колокола"), в системе координат восток—север и GSE (Geocentric Solar Ecliptic System). GSE-отображение зарегистрированных мюонов формируется по асимптотическим направлениям первичных протонов [4]. Если провести аппроксимацию текущего и нормировочного угловых распределений с использованием зависимости вида Ccosa9dQ. и получить для них коэффициенты (C, а) и (CN, aN) соответственно, то можно привести форму нормировочного распределения в соответствие с формой текущего распределения. Коэффициент преобразования формы углового распределения к (9):
т =
ccosae cncosane
(3)
Корректировка на форму колокола делается для улучшения детальности изображения при воз-
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Вариации по 5-минутным данным обусловлены в основном атмосферными причинами, но также могут быть вызваны солнечными протонными событиями, например GLE (Ground Level Enhancement). Вариации по 60-минутным данным позволяют наблюдать в основном гелио-сферные и магнитосферные возмущения.
Работа выполнена в Научно-образовательном центре НЕВОД при финансовой поддержке государства в лице Минобрнауки России (госзадание и проект RFMEFI59114X0002) и гранта Ведущей научной школы НШ-4930.2014.2.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Барбашина Н.С. и др. // ПТЭ. 2008. № 2. С. 26.
2. Шутенко В.В. и др. // Геомагнетизм и аэрономия. 2013. Т. 53. № 5. С. 611.
3. Барбашина Н.С., Борог В.В., Кокоулин Р.П., Компани-ец К.Г., Петрухин А.А., ТимашковД.А., Шутенко В.В., Яшин И.И. // Патент РФ на изобретение "Способ и устройство для получения мюонографий" №2406919 от 20.12.2010.
4. Барбашина Н.С., Компаниец К.Г., Петрухин А.А., Тимашков Д.А., Яшин И.И., Шутенко В.В. // Известия РАН. Серия физическая. 2009. Т. 73. № 3. С. 364; Shutenko V.V., Barbashina N.S., KompanietsK.G., Petrukhin A.A., Timashkov D.A., Yashin I.I. // Bull. Russ. Acad. Sci. Phys. 2009. V. 73. № 3. P. 347.
ИЗВЕСТИЯ РАН. СЕРИЯ ФИЗИЧЕСКАЯ том 79 № 5
2015
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.