ИЗВЕСТИЯ РАН. СЕРИЯ ФИЗИЧЕСКАЯ, 2013, том 77, № 5, с. 557-560
УДК 524.1-352
СОЛНЕЧНЫЕ ПРОТОННЫЕ СОБЫТИЯ В КОНЦЕ 23-го И НАЧАЛЕ 24-го СОЛНЕЧНЫХ ЦИКЛОВ, ЗАРЕГИСТРИРОВАННЫЕ В ЭКСПЕРИМЕНТЕ ПАМЕЛА
© 2013 г. Г. А. Базилевская1, А. Г. Майоров12, В. В. Малахов12, В. В. Михайлов12, О. Адриани2,3, Дж. С. Барбарино4,5, Р. Белотти6,7, М. Боецио8, Э. А. Богомолов9, В. Бонвичини8, М. Бонджи3, Л. Бонеки23, C. В. Борисов10,11,12, С. Боттаи3, А. Бруно67, А. Вакки8, Е. Вануччини3, Г. И. Bасильев9, С. А. Воронов12, Ю. Ву13, A. M. Гальпер12, Л. А. Гришанцева12, И. А. Данильченко12, В. Джиллард13, Дж. Джерси8,15, Дж. Зампа8, Н. Зампа8, В. Г. Зверев12, М. Казолино10,18, Д. Кампана5, Р. Карбоне5,11, А. В. Карелин12, П. Карлсон13, Дж. Кастеллини14, Ф. Кафанья7, А. Н. Квашнин1, С. В. Колдашов12, С. А. Колдобский12, С. Ю. Крутьков9, Л. Консиглио5, А. А. Леонов12, В. Мальвецци10, Л. Марчелли10, В. Менн16, Э. Мокьютти8, A. Монако67, Н. Мори12, Н. Н. Никонов9,10,11, Дж. Остерия5, Ф. Пальма10,11, П. Папини3, С. Пизолотто8, М. П. Де Паскале10,11, П. Пикоцца10,11, М. Пирс13, М. Риччи17, С. Риччиарини2, Л. Розетто13, М. Ф. Рунцо12,
К. Де Сантис10, Р. Саркар8, М. Симон16, Н. Де Симоне10,11, Р. Спарволи10,11, П. Спилантини23, Ю. И. Стожков1, В. Ди Феличе10,11, М. Д. Хеймиц12, Ю. Т. Юркин12
E-mail: bazilevs@sci.lebedev.ru
Магнитный спектрометр ПАМЕЛА был запущен на околоземную космическую орбиту на спутнике Ресурс-ДК1 в июне 2006 г. и в декабре 2006 г. зарегистрировал последнее сильное солнечное событие 23-го цикла. В дальнейшем из-за продолжительного минимума солнечной активности и слабого развития следующего, 24-го цикла наблюдался дефицит высокоэнергичных солнечных событий. В результате в период 2010—2012 годов было зарегистрировано всего несколько солнечных протонных событий, сопровождавшихся выбросом протонов с энергией свыше 100 МэВ. В статье представлены предварительные результаты измерений потоков заряженных частиц в этих событиях спектрометром ПАМЕЛА.
DOI: 10.7868/S0367676513050104
ВВЕДЕНИЕ
Механизмы ускорения солнечных космических лучей (СКЛ) до высоких энергий (выше нескольких
1 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физический институт им. П.Н. Лебедева Российской академии наук, Москва.
2 University of Florence, Department of Physics, I-50019 Sesto Fiorentino, Florence, Italy.
3 INFN, Sezione di Florence, I-50019 Sesto Fiorentino, Florence, Italy.
4 University of Naples "Federico II", Department of Physics, I-80126 Naples, Italy.
5 INFN, Sezione di Naples, I-80126 Naples, Italy.
6 University of Bari, Department of Physics, I-70126 Bari, Italy.
7 INFN, Sezione di Bari, I-70126 Bari, Italy.
8 NFN, Sezione di Trieste, I-34149 Trieste, Italy.
9 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук, Санкт-Петербург.
10INFN, Sezione di Rome Tor Vergata, I-00133 Rome, Italy.
^University of Rome Tor Vfergata, Department of Physics, I-00133 Rome, Italy.
12
12Федеральное государственное автономное образователь-
ное учреждение высшего профессионального образования
Национальный исследовательский ядерный университет
"МИФИ", Москва.
ГэВ) к настоящему времени изучены недостаточно хорошо. В современном представлении высокоэнергичные частицы на Солнце образуются в мощных взрывных процессах, в которых главными механизмами увеличения энергии являются стохастическое ускорение, ускорение на фронтах ударных волн, а также в электрических полях, возникающих при пересоединении силовых линий солнечного магнитного поля. Процесс ускорения может происходить в месте возникновения вспышки, в солнечной короне и даже в межпланетном пространстве. Степень влияния каждого из перечисленных процессов определяет максимальную энергию частиц и их энергетический спектр. Ключ к пониманию
13KTH, Department of Physics, and the Oskar Klein Centre for Cosmoparticle Physics, AlbaNova University Centre, SE-10691 Stockholm, Sweden. 14IFAC, I-50019 Sesto Fiorentino, Florence, Italy. 15University of Trieste, Department of Physics, I-34147 Trieste, Italy. 16Universitat Siegen, Department of Physics, D-57068 Siegen, Germany.
17INFN, Laboratori Nazionali di Frascati, Via Enrico Fermi 40,
I-00044 Frascati, Italy. 18
RIKEN, Advanced Science Institute, Wako-shi, Japan.
Rz 120 100 80 -60 -40 20 Н 0
2005 2007 2009 2011 2013 2006 2008 2010 2012
5 -
о
3 -PQ 2 -
40 35
30 . 25 g 20 в 15 g 10^ 5 0
и
м В 3 с
о <ч
2005
2006
2007
2008
2009 Год
2010
2011
2012
2013
Рис. 1. Верхняя панель: среднемесячное число солнечных пятен, тонкая кривая — сглаженные значения. Нижняя панель: крестики отмечают время регистрации СПС с протонами с Е > 100 МэВ, черная кривая — число корональных выбросов массы в день, серая кривая — число рентгеновских всплесков баллов М и Х в месяц.
процессов ускорения СКЛ лежит в накоплении экспериментальных данных, поэтому измерение интенсивности и дифференциальных энергетических спектров солнечных протонных событий (СПС) дает важную информацию для изучения Солнца и процессов ускорения частиц в межпланетном пространстве [1—3].
Магнитный спектрометр ПАМЕЛА [4] — единственный прибор, способный непосредственно наблюдать солнечные протонные события в энергетическом диапазоне от 80 МэВ/нуклон до нескольких ГэВ/нуклон. Это особенно важно, так как предыдущие измерения потоков частиц высоких энергий от солнечных событий (ОЬБ8) были получены при помощи наземных инструментов и сильно зависят от их функции отклика. Ранее уже была опубликована работа, в которой приводились результаты регистрации прибором ПАМЕЛА в последнем ОЬБ 23-го цикла (13.12.06) солнечных протонов и гелия с энергиями до нескольких ГэВ/нуклон [5].
ного числа солнечных пятен Rz было 1.7, при этом значение этого параметра ниже 5.0 продержалось 21 месяц. Для сравнения в предыдущих циклах 19/20-22/23 значение Rz было 9.6, 12.2, 12.3 и 8.0 соответственно [6]. С 2010 г. солнечная активность начала возрастать, и в результате появились первые солнечные протонные события 24-го цикла. За 41 месяц после начала 24-го солнечного цикла до мая 2012 г. аппарат GOES [7] зарегистрировал 12 солнечных событий, вызвавших заметное увеличение потока протонов с энергией свыше 100 МэВ, восемь из них были зарегистрированы и прибором ПАМЕЛА.
На рис. 1 показана динамика изменений недавней солнечной активности включая спад, минимум и подъем в 24-ом цикле. Среднемесячные и сглаженные числа солнечных пятен [6] показывают затянувшийся минимум солнечной активности и начало нового цикла, который в настоящий момент, по всей видимости, близок к своему максимуму. Крестики на нижней панели отмечают СПС, содержащие протоны с энергией свыше 100 МэВ [7]. На рисунке также показаны частота корональных выбросов масс (КВМ), вычисленная с использованием программного пакета CACTUS [8], и месячное число вспышек Х и М классов [9]. Видно, что СПС начались в 24-ом цикле при более высоком уровне солнечной активности, чем закончились в предыдущем цикле. Из этого рисунка невозможно отдать предпочтение ни КВМ, ни солнечным вспышкам как главному источнику высокоэнергичных солнечных частиц.
Май 2012 г. — 41-й месяц от начала 24-го солнечного цикла, и мы имеем возможность сравнить число различных СПС, зарегистрированных в течение такого же периода времени в различных солнечных циклах (табл. 1). Так как циклы различаются по своей мощности, использовалось накопленное значение Rza числа пятен, т.е. сумма Rz за 41 месяц с начала каждого цикла. Возрастания (GLE), зарегистрированные наземными установками, соответствуют СПС с частицами с энергий Е > 1 ГэВ, /10 > 1 обозначает число событий с максимальной интенсивностью протонов с Е > 10 МэВ больше 1 см-2 • с-1 • ср-1. Данные для 21-го и 22-го циклов взяты из [10, 11], данные за 23-й и 24-й циклы являются предварительными. Здесь можно видеть, что 24-й цикл имеет избыток низкоэнергичных СПС. Отношение /10 > 1 к Rza в этом цикле существенно выше, чем в предыдущих. В то же время за первые 40 месяцев не было ни одного GLE. Первое GLE случилось в мае 2012 г.
6
0
АКТИВНОСТЬ СПС В 24-ом СОЛНЕЧНОМ ЦИКЛЕ
Минимум солнечной активности 23/24 солнечных циклов был необычайно глубоким и продолжительным. Наименьшее значение сглажен-
РЕЗУЛЬТАТЫ ПАМЕЛЫ
Прибор ПАМЕЛА [4] был запущен 15 июня 2006 г. на борту космического аппарата Ресурс-ДК1 на квазиполярную эллиптическую орбиту с наклонением 70°, перигеем 350 км и апогеем
СОЛНЕЧНЫЕ ПРОТОННЫЕ СОБЫТИЯ В КОНЦЕ 23-го И НАЧАЛЕ 24-го СОЛНЕЧНЫХ ЦИКЛОВ 559
Таблица 1. Сравнение активности СПС за 41 месяц после начала солнечных циклов 21—24
Цикл Начало 41-й месяц Число СПС
оьб Е > 100 МэВ /10 > 1
21 1976.5 1979.79 3030.36 6 11 43
22 1986.8 1990.13 3809.49 7 25 56
23 1996.4 1999.71 1885.46 4 15 23
24 2008.9 2012.38 1182.4 1 12 29
Таблица 2. Солнечные протонные события, зарегистрированные магнитным спектрометром ПАМЕЛА в 2011 — 2012 гг.
№ Дата Рентген. вспышки Оптич. вспышки Корональные выбросы массы СПС, зарегистрированные в эксперименте ПАМЕЛА
1 21.03.2011 Нет Нет гало 1341 км • с-1 Протоны до 300 МэВ Гелий до 120 МэВ/нуклон
2 07.06.2011 М2.5 гало 1255 км •с-1 Протоны до 600 МэВ
3 04.11.2011 Х1.9 Ш2Б63 2В гало 991 км • с-1 Протоны до 200 МэВ
4 23.01.2012 М8.7 N28W21 2В гало 1178 км • с-1 Протоны >100 МэВ
5 27.01.2012 Х1.7 N27W71 гало 1133 км •с-1 Протоны >100 МэВ
6 07.03.2012 Х5.4 Ш7Б27 3В 1839 км • с-1 Протоны до 500 МэВ Гелий до 150 МэВ/нуклон
7 13.03.2012 М7.9 N^59 1В 746 км • с-1 Протоны >100 МэВ
8 17.05.2012 М5.1 №Ш76 1Б гало 1302 км •с-1 Протоны >300 МэВ
610 км. Прибор был спроектирован для точных измерений спектров заряженных частиц (в том числе и легких ядер) в космических лучах, включая СПС, в интервале энергий от 80 МэВ до нескольких сотен ГэВ. Прибор ПАМЕЛА состоит из магнитного спектрометра на основе постоянного магнита ~0.4 Тл, окруженного детекторами антисовпадений, позиционно-чувствительного калориметра, времяпролетной системы на основе трех сцинтилляционных детекторов, нижнего сцин-тилляционного ливневого счетчика, а также нейтронного
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.