научная статья по теме ВАРИАЦИИ КОСМИЧЕСКИХ ЛУЧЕЙ, ЗАРЕГИСТРИРОВАННЫЕ НА УСТАНОВКЕ КОВЕР (СARPET) 7 МАРТА 2011 Г Физика

Текст научной статьи на тему «ВАРИАЦИИ КОСМИЧЕСКИХ ЛУЧЕЙ, ЗАРЕГИСТРИРОВАННЫЕ НА УСТАНОВКЕ КОВЕР (СARPET) 7 МАРТА 2011 Г»

ИЗВЕСТИЯ РАН. СЕРИЯ ФИЗИЧЕСКАЯ, 2013, том 77, № 5, с. 564-566

УДК 524.1-352

ВАРИАЦИИ КОСМИЧЕСКИХ ЛУЧЕЙ, ЗАРЕГИСТРИРОВАННЫЕ НА УСТАНОВКЕ КОВЕР (CARPET)

7 МАРТА 2011 г.

© 2013 г. В. С. Махмутов1, Ж.-П. Ролан2, Р. Р. С. Мендонса3, Г. А. Базилевская1, Э. Коррейя2,3, П. Кауфманн2, А. Марун4, Г. Фернандес4, Е. Ечер3

E-mail: makhmutv@sci.lebedev.ru

Детектор космических лучей КОВЕР (CARPET) был установлен в 2006 г. в Аргентинских Андах на высоте 2550 м в Астрономическом комплексе Леонсито (Аргентина; S31.8, W69.3; Rc = 9.65 ГВ). Этот прибор был создан в ФИАНе им. П.Н. Лебедева в рамках договора о международном сотрудничестве между ФИАН, Университетом Маккензи (Бразилия) и Астрономическим комплексом Леонсито (Аргентина). В данной работе представлены результаты анализа вариаций интенсивности космических лучей, зарегистрированных детектором КОВЕР во время солнечного протонного события 7 марта 2011 г. В анализе также использованы экспериментальные данные, полученные на спутниках ГО ЕС (GOES), ФЕРМИ (FERMI) и МКС (ISS) во время этой солнечной вспышки.

DOI: 10.7868/S0367676513050396

ВВЕДЕНИЕ

Детектор космических лучей (КЛ) КОВЕР (CARPET) был установлен в Аргентинских Андах на высоте 2550 м в Астрономическом комплексе Леонсито, Каслео, Аргентина (S31.8, W69.3; Rc = 9.65 ГВ). Этот прибор был создан в ФИАНе им. П.Н. Лебедева в рамках договора о международном сотрудничестве между ФИАН, Университетом Маккензи (Сан-Пауло, Бразилия) и Астрономическим комплексом Леонсито (Каслео, Аргентина). Описание прибора и его характеристики представлены в [1, 2] и кратко перечислены ниже.

1. Прибор состоит из 240 газоразрядных счетчиков Гейгера (СТС-6), объединенных в 24 блока. Каждый блок состоит из 10 счетчиков, расположенных по 5 штук в двух горизонтальных плоскостях. Верхний слой счетчиков отделен от нижнего алюминиевым поглотителем толщиной 7 мм. Съем экспериментальных данных за каждые 0.5 с организован по трем каналам: UP и LOW — соответствуют интегральному счету заряженных частиц, проникающих через все верхние (UP) и нижние (LOW) счетчики (электроны и позитроны с энергией Е > 200 кэВ, протоны с Е > 5 МэВ, мю-оны с Е > 1.5 МэВ; также регистрируются фотоны с Е > 20 кэВ с эффективностью меньше 1%). Сиг-

1 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физический институт имени П.Н. Лебедева Российской академии наук, Москва.

2 Университет Маккензи, Сан-Пауло, Бразилия.

3 Национальный институт космических исследований, Сан Жозе дос Кампус, Бразилия.

4 Астрономический комплекс Леонсито, Каслео, Аргентина.

налы, зарегистрированные одновременно в верхнем и нижнем счетчиках каждого блока, суммируются в канале совпадений TEL детектора КОВЕР и соответствуют регистрации более энергичных частиц: электронов с энергиями свыше 5 МэВ, протонов с Е > 30 МэВ и мюонов с Е > 15.5 МэВ.

2. В отличие от наземных нейтронных мониторов детектор КОВЕР чувствителен к малоэнергичной заряженной вторичной компоненте космических лучей, образуемой первичными галактическими и солнечными КЛ в земной атмосфере.

На протяжении более 6 лет наблюдений прибором КОВЕР зарегистрировано несколько значительных форбуш-понижений КЛ и более 170 возрастаний счета частиц, связанных с грозовой активностью в приземной атмосфере [1, 2]. В данной работе представлены результаты наблюдений КЛ на приборе КОВЕР во время солнечного протонного события 7 марта 2011 г.

1. ДАННЫЕ НАБЛЮДЕНИЙ 7 МАРТА 2011 г.

Солнечное протонное событие 7 марта 2011 г. связано с солнечной вспышкой балла М3.7, наблюдавшейся в активной области NOAA 11164 (координаты N23W50). На рис. 1 представлены данные измерений в трех каналах детектора КОВЕР 7 марта 2011 г. в период 18:00-23:00 UT. Заметно увеличение темпа счета во всех трех каналах (UP, LOW и TEL- темп счета N1, N2 и N12 соответственно) в период 20:10-21:30 UT. Максимальная величина возрастания составила ~5-6% в указанных каналах. Вертикальная стрелка на нижней панели обозначает время начала вспышечного рентгеновского излучения (0.5-4 Ä) из активной обла-

ВАРИАЦИИ КОСМИЧЕСКИХ ЛУЧЕЙ, ЗАРЕГИСТРИРОВАННЫЕ НА УСТАНОВКЕ КОВЕР (CARPET)

565

N1

Время (час), UT

Рис. 1. Темп счета в трех каналах детектора КОВЕР (OARPET) 7 марта 2011 г. в период с 18:00 до 23:00 UT Сверху вниз: каналы UP, LOW и TEL; представлен полусекундный темп счета частиц N1, N2 и N12, осред-ненный за каждые 90 секунд. Заметно увеличение темпа счета во все трех каналах в период ~20:10-21:30 UT. Вертикальная стрелка на нижней панели обозначает время начала вспышечного солнечного рентгеновского излучения (0.5—4 Ä) из активной области NOAA 11164 (7 марта в ~19:40 UT), зарегистрированного на борту спутника GOES-13 [3].

сти NOAA 11164, зарегистрированного на борту GOES-13 в ~19:40 UT 7 марта [3].

На рис. 2 представлены отдельные экспериментальные результаты, полученные в данном событии. Вспышечное рентгеновское излучение (0.5—4 А) началось 7 марта в ~19:40 UT [3] и достигло максимального уровня в ~20:12 UT (данные GOES-13; панель д на рис. 2). В это же время несколько всплесков жесткого рентгена было зарегистрировано на аппарате FERMI (энергия квантов 12—25 кэВ; данные GBM-монитора; панель г — X2) и на борту RHESSI (рентгеновское излучение с Е = 100—300 кэВ; панель г — X1) [4]. Эти данные представлены соответствующими треугольниками, обозначающими времена наблюдения начало—максимум—конец всплесков рентгена. Высота треугольников соответствует логарифму величины полного счета фотонов указанных энергий за время всплеска.

Важной особенностью этого события является наблюдение длительного (более 10 часов) высокоэнергичного солнечного гамма-излучения с энергией свыше 100 МэВ [5] и потоков солнечных нейтронов (Е = 44 МэВ). Временное распределение моментов появления этих нейтронов по данным измерений детектором NEM-FIB на международной космической станции (МКС; [6]) представлено на панели в (рис. 2). Факт наблюдения

N12 1.88 1.86 1.84 1.82 1.80 1.78

Jp 0.20 0.15 0.10 n 6 4 2

lg X 8 6 4 2

Jx

10-6

10-7

19 20 21 22 23

Время, UT

Рис. 2. Солнечное протонное событие 7 марта 2011 г. Панель а — 5 минутный темп счета в канале TEL детектора КОВЕР (N12 • 104), вертикальный черный отрезок слева соответствует величине погрешности 3ст, определенной в довспышечный период измерений (19—20 UT); панель б — интенсивность потока протонов с энергией свыше 50 МэВ (Jp, см-2 • с-1 • ср-1) по данным измерений на спутнике GOES-13 [3]; в — наблюдение солнечных нейтронов прибором NEM-FIB на международной космической станции (МКС) [6]; г — данные о регистрации потоков солнечного рентгеновского излучения по измерениям на борту аппаратов FERMI (GBM: X2, 12-25 кэВ) и RHESSI (X1, 100-300 кэВ) [4]; д - изменение потока солнечного рентгена (0.5-4 Ä; Jx, Вт • м-2) по данным измерений на борту спутника GOES-13 [3].

солнечных нейтронов - это прямое указание на присутствие высокоэнергичных протонов в области ускорения частиц. Часть таких протонов будет взаимодействовать с солнечной атмосферой, генерируя потоки электромагнитного излучения и нейтронов, а другая часть может покинуть вспы-шечную область и выйти в межпланетную среду. Соответственно эти протоны могут наблюдаться на космических аппаратах и наземными детекторами КЛ.

На рис. 2 показаны измерения темпа счета в канале TEL прибора КОВЕР (панель а) и потоков протонов с энергией свыше 50 МэВ, измеренных на борту спутника GOES-13 (панель б; [3]).

L КОВЕР (CARPET) i^tf^AF-" -i 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 ы а Цгдп||

Z p > 50 МэВ l.L w-.nT1 1 .. jlil I 1 Ii . .L Г. 1 . . 1 1 М г б

Нейтроны «

1 к к — X1 ---X2 г

ИЗВЕСТИЯ РАН. СЕРИЯ ФИЗИЧЕСКАЯ том 77 № 5 2013

566

МАХМУТОВ и др.

Анализ представленных на рис. 1 и 2 данных позволяет сделать следующие выводы.

1. Возрастание темпа счета в канале TEL прибора КОВЕР наблюдалось 7 марта 2011 г. в период 20:10-21:30 UT. Одновременно значительное возрастание темпа счета наблюдалось и в каналах UP and LOW. Величина возрастания TEL составила (3-10)ст (до 6%) от среднего довспышечного уровня зарегистрированного в 19-20 UT.

Начало возрастания интенсивности малоэнергичных протонов с энергией свыше 50 МэВ зарегистрировано на спутнике GOES-13 лишь в 21:30 UT Это запаздывание относительно времени начала возрастания счета на КОВРЕ (начиная с ~20:10 UT) связано, по-видимому, с тем что за эффект на КОВРЕ ответственны более энергичные протоны, чем в GOES-13. Эффект возрастания интенсивности протонов с энергией свыше 100 МэВ на GOES-13 отсутствует [3].

2. Отметим, что в этом вспышечном событии эффект наземного возрастания КЛ GLE по данным измерений на наземных нейтронных мониторах (НМ; база данных NM Data Base - NMDB [7]) не зарегистрирован. Одной из причин этого может быть сильная анизотропия и/или малость величины потока первичных высокоэнергичных солнечных протонов на границе магнитосферы в это время (20:10-21:30 UT).

3. Уже отмечалось, что жесткость геомагнитного обрезания в месте расположения прибора КОВЕР Rc = 9.65 ГВ. Тогда можно предположить, что возрастание его счета во время вспышки (в спокойных геомагнитных условиях) вызвано каскадными вторичными частицами, образованными солнечными протонами с Е > 9 ГэВ в земной атмосфере. В пользу такой возможности указывают результаты наблюдения низкочастотного радиоизлучения (VLF) и наземных риометров в это время. Они свидетельствуют об увеличении уровня ионизации атмосферы в областях, соответствующих широкому интервалу величин жестко-стей геомагнитного обрезания от 2.5 до 9 ГВ.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Анализ вариаций космических лучей, зарегистрированных детектором КОВЕР и наземными НМ во время солнечного протонного события 7 марта 2011 г. вызванных солнечной вспышкой балла М3.7 из активной области NOAA 11164 (координаты N23W50), а также солнечных вспы-шечных данных, полученных различными приборами на спутниках GOES-13, FERMI и МКС (ISS) позволяет сделать следующее заключение.

1. Возрастание темпа счета в трех каналах прибора КОВЕР наблюдалось 7 марта 2011 г. в период 20:10-21:30 UT . Величина возрастания составила (3-10)ст (до ~6%).

2. Учитывая, что жесткость геомагнит

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.

Показать целиком