ГЕОМАГНЕТИЗМ И АЭРОНОМИЯ, 2004, том 44, № 5, с. 601-606
УДК 523.165
КОСМОФИЗИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ И РЕГИСТРАЦИЯ РЕДКИХ СОБЫТИЙ НА БАКСАНСКОМ ПОДЗЕМНОМ СЦИНТИЛЛЯЦИОННОМ ТЕЛЕСКОПЕ
© 2004 г. Л. И. Мирошниченко1, С. Н. Карпов2
2Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн,
Троицк (Московская обл.) e-mail: leonty@izmiran.rssi.ru 2Институт ядерных исследований РАН, Баксанская Нейтринная Обсерватория, п. Нейтрино, Кабардино-Балкарская Республика e-mail: karpovsn@yandex.ru Поступила в редакцию: 21.04.2004 г. После доработки: 21.06.2004 г.
По данным регистрации одиночных мюонов на Баксанском подземном сцинтилляционном телескопе (БПСТ) в течение 21-23 циклов солнечной активности было найдено четыре значимых всплеска интенсивности мюонов, коррелирующих с событиями GLE: 12 октября 1981 г., 29 сентября 1989 г., 15 июня 1991 г. и 28 октября 2003 г. Выполнен анализ надежности этих результатов с точки зрения стабильности работы БПСТ и защищенности системы регистрации его данных от воздействия кос-мофизических, геофизических, метеорологических и техногенных факторов. Показано, что возможное воздействие возмущений различной природы на свойства детекторов и телескопа в целом не может давать заметного вклада в амплитуды мюонных всплесков.
1. ВВЕДЕНИЕ
За период наблюдений на Баксанском подземном сцинтилляционном телескопе (БПСТ) - с 15 апреля 1981 г. по настоящее время - произошли 33 наземных возрастания интенсивности солнечных космических лучей (СКЛ) - события GLE. В 32-х случаях имеются данные регистрации космических лучей на БПСТ. По этим данным было найдено четыре значимых всплеска интенсивности мюонов, коррелирующих с событиями GLE: 12 октября 1981 г., 29 сентября 1989 г., 15 июня 1991 г. и 28 октября 2003 г. Всплески имели небольшую длительность (до 15 мин) и фиксировались в малых телесных углах (0.03 ср). Кроме 4 значимых всплесков, аналогичные всплески интенсивности мюонов меньшей величины (сравнимые с уровнем фона) за тот же период наблюдений были зафиксированы в 28 других событиях GLE. Энергия первичных частиц, ответственных за всплески на БПСТ, имеет рекордно большую величину для СКЛ - более 500 ГэВ. Это примерно в 100 раз больше энергии регистрации на нейтронных мониторах (НМ), обычно используемых для изучения СКЛ по наблюдениям на поверхности Земли.
Начиная с 1992 г. [Алексеев и др., 1992; Alex-eyev and Karpov, 1993; Алексеев и Карпов, 1994], накопленные данные БПСТ всесторонне анализируются. Были выдвинуты несколько различных гипотез для объяснения природы мюонных вспле-
сков [Карпов и др., 1995, 1997; Кагроу й а1., 1998] в связи с процессами на Солнце или вблизи него (вспышки, выбросы коронального вещества -CME, ударные волны и т.п.). Мощные события GLE с жестким энергетическим спектром происходят достаточно редко, поэтому необходимы длительные непрерывные наблюдения с помощью мировой сети станций космических лучей. При этом в указанной области спектра превышение над фоном ГКЛ невелико, так что для ее изучения используются наземные детекторы с большой эффективностью регистрации. Из-за кратковременности мюонных всплесков и малости области пространства, в которой сосредоточено возрастание, темп счета мюонов на БПСТ оказывается небольшим. Так, для наиболее значимого всплеска 29 сентября 1989 г. средний темп счета фона ГКЛ составлял всего 87 мюонов за 15 мин, а превышение над фоном - 51 мюон [Кагроу й а1., 1998].
Совсем недавно было обнаружено, что мюон-ные всплески, аналогичные отмеченным выше, наблюдаются на БПСТ не только во время событий GLE, но и в ряде солнечных протонных событий (СПС) и даже при мощных рентгеновских вспышках, не сопровождавшихся регистрацией релятивистских протонов [Кагроу е{ а1., 2003]. Известно, что СКЛ достигают Земли только от относительно небольшого числа вспышек. Пути распространения протонов с энергиями более 500 ГэВ и
1-15 ГэВ могут сильно отличаться. Первые вполне способны достичь Земли и при "неблагоприятном" расположении источника на диске Солнца. При этом протоны более низких энергий могут не попасть на поверхность Земли (отсутствует ОЬЕ) и не регистрироваться на спутниках (отсутствует СПС). Наличие избытка всплесков большой амплитуды, которые не могут быть объяснены флуктуациями фона, помехами или возмущениями, свидетельствует о дополнительном узконаправленном потоке мюонов во время указанных солнечных событий. Это может означать также, что мюонные всплески в большей степени связаны именно с мощными вспышками и сопровождающими их процессами, а наличие СПС или ОЬЕ имеет меньшее значение, так как для солнечных частиц сравнительно невысоких энергий очень существенны процессы распространения в гелио-сфере и магнитосфере Земли. Все это позволяет говорить о возможном существовании особого явления, которое тесно связано со вспышечными процессами (включая генерацию СКЛ) и порождает зафиксированные мюонные всплески.
Как показывают наблюдения (подробнее см. ниже), такие всплески - достаточно редкие события, слабо обеспеченные статистически. Поэтому вопрос о стабильности работы БПСТ, помехозащищенности его информации и системы регистрации от воздействия космических, геофизических, метеорологических и техногенных факторов приобретает особую важность для правильной интерпретации данных БПСТ [Карпов и Мирошниченко, 2003]. Ниже эта проблема анализируется нами по данным о максимальных мюонных всплесках, найденных во время каждого из 32-х событий ОЬЕ.
2. МЮОННЫЕ ВСПЛЕСКИ 1981-2003 гг.
Баксанский подземный сцинтилляционный телескоп [Алексеев и др., 1980] расположен в Бак-санском ущелье на Северном Кавказе (географические координаты 43.28° К, 42.69°Е, жесткость геомагнитного обрезания 5.7 ГВ) на высоте 1700 м над уровнем моря и глубине 850 м водного эквивалента под горой Андырчи. Особенности конструкции БПСТ, устройство отдельных счетчиков и система регистрации в целом, а также метод поиска всплесков были подробно описаны ранее [Алексеев и др., 1980; Алексеев и Карпов, 1994; Карпов и др., 1995, 1997; Кагроу й а1., 1998]. Были предприняты также попытки [Карпов и др., 1995, 1997; Кагроу й а1., 1998] дать объяснение природы мюонных всплесков с позиций теории ускорения частиц на Солнце или вблизи него, модуляции потоков ГКЛ в межпланетном пространстве и т.п. Здесь мы приводим лишь сводную таблицу основных результатов многолетних наблюдений мюонных всплесков на БПСТ во время наземных воз-
растаний СКЛ в 21-23-ем циклах солнечной активности.
В соответствии с методикой поиска [Кагроу й а1., 1998], во время каждого ОЬЕ отбирался только один наибольший мюонный всплеск, поэтому в таблице ровно 32 всплеска - по числу зарегистрированных событий ОЬЕ (в списке отсутствует только ОЬЕ 15 ноября 1989 г., во время которого на БПСТ не проводилась запись информации). Эти всплески рассматривались как кандидаты на возможные возрастания от прихода СКЛ крайне высокой энергии. Из таблицы видно, что только небольшое число самых значимых всплесков не может быть объяснено флуктуациями фона ГКЛ [Карпов и др., 1995, 1997; Кагроу й а1., 1998]. Всплески в таблице расположены в хронологическом порядке. Двойными горизонтальными линиями отделены события разных циклов. Пороговая энергия мюонов находится в диапазоне 200-430 ГэВ.
Колонки таблицы содержат следующую информацию: 1) дата ОЬЕ; 2) время (ИТ) начала 15-мин. интервала, в котором было обнаружен всплеск на БПСТ; 3) превышение над фоном, выраженное в стандартных отклонениях распределения Пуассона; 4) вероятность случайной реализации обнаруженного превышения за счет флуктуации фона в данной угловой ячейке в текущем 15-мин. интервале; 5) вероятность Р(3г) случайной реализации превышения за счет флуктуации в любой из 680 угловых ячеек БПСТ в любом 15-мин. интервале за 3 ч наблюдений; 6) величина задержки (опережения) начала всплеска БПСТ относительно максимума мягкого рентгеновского излучения (как индикатора вспышки); 7) долгота центра ячейки БПСТ в геоцентрической солнечно-эклиптической (ГСЭ) системе координат ^ - к западу от Солнца, Е - к востоку); 8) широта центра ячейки БПСТ в ГСЭ системе координат (положительные значения - к северу от плоскости эклиптики, отрицательные - к югу).
Примечательно, что недавние выдающиеся ге-лио-геофизические события октября-ноября 2003 г. также сопровождались значимым всплеском интенсивности мюонов на БПСТ. Этот всплеск (28 октября) оказался сравнимым по амплитуде со всплесками 15 июня 1991 г. и 12 октября 1981 г. (немного больше) и заметно уступает по величине всплеску 29 сентября 1989 г. - самому большому за весь период наблюдений с 1981 по 2003 гг. Из таблицы видно, что всплески, кроме малой амплитуды, обладают рядом особенностей, связанных с их угловыми и временными характеристиками. Эти особенности требуют дополнительного анализа и адекватного объяснения.
Полученные уникальные данные предъявляют специфические и весьма жесткие требования к возможным источникам высокоэнергичных ча-
Мюонные всплески, зарегистрированные на БПСТ во время наземных возрастаний СКЛ в 21-23-м циклах солнечной активноти
Дата GLE Начало UT Превышение стандартного отклонения Пуассон. вероятн. P (3 ч) Задержка (мин) Долгота град. в ГСЭ Широта град. в ГСЭ
10.05.81 08:00 4.1 6.7E-5 0.421 29 63W 35
12.10.81 07:45 5.0 2.9E-6 0.024 69 59W 10
26.11.82 04:30 4.2 5.4E-5 0.357 97 141W 47
08.12.82 01:45 4.4 4.1E-5 0.282 111 7W 73
16.02.84 10:00 4.8 2.0E-5 0.153 62 28E 31
25.07.89 10:15 4.1 7.3E-5 0.451 91 15E 71
16.08.89 01:15 4.5 5.3E-5 0.351 -3 94W 32
29.09.89 13:30 5.5 2.2E-7 0.002 117 42W 72
19.10.89 12:45 3.8 1.5E-4 0.696 -13 58W 50
22.10.89 18:45 3.8 2.2E-4 0.832 40 145W 69
24.10.89 20:15 4.2 1.9E-4 0.788 104 140W 15
22.05.90 00:15 3.9 1.4E-4 0.685 116 28E 40
24.05.90 21:30 4.0 1.1E-4 0.581 39 44W 62
26.05.90 21:00 4.0 1.5E-4 0.713 2 93W 89
28.05.90 05:30 3.8 1.6E-4 0.730 57 91W 54
11.06.91 03:45 3.8 1.9E-4 0.789 96 147W 55
15.06.91 10:00 5.0 2.1E-6 0.017 99 20W 51
25.06.92 20:15 4.5 1.0E-5 0.080 4 49E 45
02.11.92 02:30 4.0 2.2E-4 0.836 -38 101W 29
06.1197 13:15 4.2 4.7E-5 0.321 80 2W 48
02.05.98 14:45 4.2 5.8E-5 0.382 6
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.