ИЗВЕСТИЯ РАН. СЕРИЯ ФИЗИЧЕСКАЯ, 2015, том 79, № 5, с. 685-687
УДК 524.1
ИССЛЕДОВАНИЕ ВРЕМЕННЫХ ИЗМЕНЕНИЙ АМПЛИТУДНЫХ СПЕКТРОВ ФОРБУШ-ПОНИЖЕНИЙ ДЛЯ РАЗЛИЧНЫХ ТИПОВ ГЕЛИОСФЕРНЫХ ВОЗМУЩЕНИЙ
© 2015 г. Е. И. Яковлева, И. И. Астапов, Н. С. Барбашина, А. Н. Дмитриева, А. А. Ковыляева, Ю. Н. Мишутина, А. А. Петрухин, О. А. Ситько, И. И. Яшин
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования Национальный исследовательский ядерный университет "МИФИ", Москва E-mail: EIYakovleva@mephi.ru
Исследуются экспериментально полученные временные изменения показателя амплитудного спектра форбуш-понижений (ФП), зарегистрированных мюонным годоскопом УРАГАН, которые были вызваны различными типами гелиосферных возмущений на разных фазах 23-го и 24-го солнечных циклов. Для получения энергетического спектра амплитуд форбуш-понижений в потоке мюонов используются функции связи первичного и вторичного потоков космических лучей (КЛ) для пяти зенитно-угловых интервалов. Анализ энергетических характеристик проводится на основе зависимости амплитуды падения интенсивности мюонов космических лучей от среднелогарифми-ческой энергии первичных частиц, дающих вклад в изменение темпа счета мюонного годоскопа (МГ) УРАГАН во время форбуш-понижений.
Б01: 10.7868/80367676515050452
ВВЕДЕНИЕ
Исследования энергетических характеристик форбуш-понижений (ФП) ведутся в основном с помощью сети нейтронных мониторов, расположенных в различных точках земного шара и имеющих разные геомагнитные жесткости, а также с помощью мюонных телескопов, регистрирующих КЛ с выделенных направлений. Особый интерес представляет решение этой задачи с помощью одной установки. Такую возможность дает мюонный годоскоп УРАГАН [1], который обладает широкой апертурой и высоким угловым разрешением (~1°) и способен регистрировать мюоны под различными зенитными углами, что позволяет проводить исследования в широком энергетическом интервале первичных частиц (в области энергий выше 10 ГэВ) на разных стадиях развития событий в одной точке наблюдения. Исследования энергетических характеристик ФП в текущем 24-ом солнечном цикле актуальны в связи с необычно слабой активностью Солнца и с недостатком солнечных космических лучей высоких энергий.
В данной работе исследуются временные изменения амплитудных спектров форбуш-пони-жений, полученных по данным мюонного годо-скопа УРАГАН, для различных типов гелиосфер-ных возмущений за большой период времени (2007—2013 гг.), охватывающий 23-й и 24-й солнечные циклы.
1. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ДАННЫЕ
И МЕТОДИКА АНАЛИЗА ВРЕМЕННЫХ ИЗМЕНЕНИЙ АМПЛИТУДНЫХ СПЕКТРОВ ФОРБУШ-ПОНИЖЕНИЙ
Мюонный годоскоп УРАГАН позволяет регистрировать поток мюонов со всех направлений верхней полусферы с высоким угловым разрешением, поэтому для анализа данных можно использовать как интегральный темп счета, так и темп счета для различных зенитных углов. Эта особенность мюонного годоскопа УРАГАН используется для исследования энергетических характеристик потока мюонов космических лучей во время ФП. В данной работе анализируются 10-минутные данные, скорректированные на барометрический и температурный эффекты [2] как для интегрального темпа счета, так и для пяти диапазонов зенитных углов, которые были выбраны, исходя из их одинаковой статистической обеспеченности. В результате анализа интегрального темпа счета мюонного годоскопа УРАГАН за период 2007—2013 гг. отобраны 142 форбуш-по-нижения с амплитудой падения выше суточных колебаний (>0.5%). Для каждого форбуш-пони-жения были исследованы возмущения в гелио-сфере, которые могли его вызвать. Все гелио-сферные возмущения были разделены на несколько типов согласно классификации из работы [3]: "корональный выброс массы" (КВМ), "корональный выброс массы с ударной волной" (КВМ_!8) и "магнитное облако" (МО). Анализи-
6
685
686
ЯКОВЛЕВА и др.
В, В; нТл
20 10 0 -10 -20 -30
а(0 В, В; нТл П6
МО
КВМ КВМ МО
_I_1_
_|_I_
-60
а(0
6
29.12.2008 10.01.2009 22.01.2009 05.03.2012 07.03.2012 09.03.2012 11.03.2012
04.01.2009 16.01.2009
Рис. 1. Временные изменения В (черная кривая) и Вг (серая кривая), а также показателя а спектра амплитуд (кружки) в (а) период с 29 декабря 2008 года по 22 января 2009 года (минимум солнечного цикла), (б) период с 6 по 12 марта 2012 года (максимум солнечного цикла).
руемый временной интервал включает в себя различные фазы солнечного цикла: фазу спада 23-го солнечного цикла и фазы минимума, подъема и максимума 24-го солнечного цикла. Для анализа энергетических характеристик из 142 форбуш-по-нижений были отобраны 76 событий, которые по параметрам межпланетного магнитного поля (В, Вг) достаточно хорошо разделяются между собой.
Чувствительность данных мюонного годоско-па к показателю энергетического спектра КЛ обусловлена тем, что за генерацию мюонов, регистрируемых под различными зенитными углами, ответственны первичные частицы с разной эффективной энергией. Для получения энергетического спектра амплитуд ФП в потоке мюонов используются функции связи первичного и вторичного потоков КЛ. Мюонный годоскоп УРАГАН во время форбуш-понижений чувствителен к энергиям первичных частиц примерно от 5 до 65 ГэВ, а для пяти зенитно-угловых интервалов (0°-17°, 17°-26°, 26°-34°, 34°-44° и более 44°) диапазон среднелогарифмических энергий первичных протонов составляет от 14 до 26 ГэВ [4, 5]. Анализ энергетических характеристик проводится на основе зависимости амплитуды падения интенсивности мюонов КЛ от среднелогарифмической энергии первичных частиц, дающих вклад в изменение темпа счета МГ УРАГАН во время ФП (пять значений амплитуд ФП фитируются степенной функцией с показателем а). Кроме того, хорошее временное разрешение МГ УРАГАН позволяет исследовать временные изменения показателя амплитудного спектра на разных фазах ФП: падения, минимума и восстановления [6].
2. РЕЗУЛЬТАТЫ АНАЛИЗА ВРЕМЕННЫХ ИЗМЕНЕНИЙ АМПЛИТУДНЫХ СПЕКТРОВ ФОРБУШ-ПОНИЖЕНИЙ
С помощью описанного выше подхода были рассчитаны временные изменения величины а для 76 отобранных ФП. Пример расчета представлен на рис. 1а. Выбран период с 29 декабря 2008 года по 22 января 2009 года в минимуме солнечной активности, когда наблюдалось небольшое количество гелиосферных событий, и они достаточно хорошо разделялись. На рисунке сверху приведены временные изменения вектора магнитной индукции межпланетного магнитного поля и его проекции на ось Z (левая ось), внизу точками временное изменение показателя а спектра амплитуд (правая ось) для достаточно большого периода времени (25 сут). В этом периоде можно выделить четыре события: 31 декабря 2008 г. - МО; 9 января и 14 января 2009 г. -два КВМ и 19 января 2009 г. - снова МО. Средние значения показателей амплитудных спектров для корональных выбросов массы равны -0.41 ± 0.27 и -0.55 ± 0.28, а для магнитных облаков -0.29 ± ± 0.47 и -0.23 ± 0.13. Видно, что по абсолютным значениям а события, интерпретируемые как "магнитные облака", имеют более жесткий спектр амплитуд, чем корональные выбросы массы.
Второй период был выбран в максимуме солнечной активности с 6 по 12 марта 2012 года, в котором можно выделить два события: с 6 по 8 марта - КВМ с ударной волной, с 8 по 9 марта -МО (см. рис. 1б). Для КВМ с ударной волной показатель спектра амплитуд имеет большие колебания от 0 до -2, в то время как для МО показатель ведет себя более стабильно со средним зна-
4
2
0
ИЗВЕСТИЯ РАН. СЕРИЯ ФИЗИЧЕСКАЯ том 79 № 5 2015
ИССЛЕДОВАНИЕ ВРЕМЕННЫХ ИЗМЕНЕНИЙ АМПЛИТУДНЫХ СПЕКТРОВ 687
a(t) 2
1
0 -1 -2 -3 -4 -5
^ Т Ф Ф V ^ V 1>
г,®
Л
»
$Ь
S?
гК*
\V
\
г»
:v -О
V1
Ъ4' Ъ4' Ъ4'
Рис.2. Временной ряд средних значений показателя спектра амплитуд ФП, зарегистрированных МГ УРАГАН за 2007—2013 гг., которые вызваны гелиосферными возмущениями, интерпретируемыми как "магнитные облака".
чением —1.13 ± 0.21. Среднее значение показателя спектра амплитуд для КВМ с ударной волной составляет —0.90 ± 0.72. Таким образом, показатели спектра амплитуд для обоих типов возмущений
2012 года по абсолютной величине больше, чем в 2009 г. Видно существенное отличие показателей спектра амплитуд ФП, вызванных гелиосферными возмущениями одного типа на фазах минимума и максимума солнечной активности. Кроме того, стоит отметить, что каждое событие само по себе уникально и значения показателей спектров амплитуд различны.
Аналогичным образом были рассмотрены все ФП, зарегистрированные МГ УРАГАН в 2007—
2013 гг. Все вычисленные значения показателя спектра амплитуд были поделены на три группы, соответствующие типам возмущений, вызвавших ФП (описанные выше). Среднее значение распределения показателя спектра амплитуд ФП составляет —0.63 со среднеквадратичным разбросом ±1.05. При этом средневзвешенные значения показателя спектра амплитуд ФП составляют для группы КВМ: -0.62 ± 1.17, для группы КВМ с ударной волной: -0.62 ± 0.87, для группы МО: — 0.80 ± ± 1.08. Видно, что средние значения а для групп ФП, вызванных КВМ и МО, различаются, однако следует отметить большой среднеквадратичный разброс этих величин, который может быть связан с тем, что возмущения относятся к разным фазам солнечного цикла.
На рис. 2 представлен временной ряд средних значений показателя спектра амплитуд форбуш-понижений, вызванных гелиосферными возмущениями, интерпретируемыми как "магнитные облака". Видно, что в отличие от минимума солнечной активности в максимуме средние значения показателя спектра амплитуд гораздо выше по абсолютной величине. Результаты, полученные в данной работе, подтверждают результаты исследований для предыдущих солнечных циклов [7]. Хотя 24-й солнечный цикл и согласуется по общей динамике поведения показателя спектра амплитуд форбуш-понижений с предыдущими циклами, стоит отметить, что в текущем солнечном цикле спектры амплитуд форбуш-понижений становятся более жесткими, чем в предыдущих солнечных циклах.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Таким образом, исследованы временные изменения амплитудных спектров форбуш-понижений, зарегистрированных мюонным годоскопом УРАГАН, за 2007-2013 гг. Показано, что характеристики форбуш-пони
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.