ИЗВЕСТИЯ РАН. СЕРИЯ ФИЗИЧЕСКАЯ, 2015, том 79, № 5, с. 624-626
УДК 524.1-352
АНАЛИЗ ВОЗРАСТАНИЙ КОСМИЧЕСКИХ ЛУЧЕЙ, ЗАРЕГИСТРИРОВАННЫХ В ОКТЯБРЕ-НОЯБРЕ 2013 г.
© 2015 г. В. С. Махмутов1, Г. А. Базилевская1, Ю. И. Стожков1, Ж.-П. Ролан2, М. В. Филиппов1
E-mail: makhmutv@sci.lebedev.ru
Представлены результаты анализа вариаций космических лучей и солнечной активности в период октябрь—ноябрь 2013 г. Используются данные измерений космических лучей зарегистрированные детектором космических лучей, установленном в ЦЕРНе (Ковер/GCR), и на мировой сети наземных нейтронных мониторов. Анализ солнечной вспышечной активности выполнен по данным наблюдений солнечного На, рентгеновского, гамма- и радиоизлучения на наземных установках и на космических аппаратах (GOES, FERMI и др.). Особое внимание уделено возрастаниям космических лучей, наблюдавшимся детектором Ковер/GCR 15 октября и 19 ноября 2013 г. Характеристики этих событий схожи с возрастаниями, зарегистрированными ранее 7 марта 2011 г. и 23 января 2012 г. детектором Ковер/ КАСЛЕО, установленным в астрономическом комплексе КАСЛЕО (CASLEO) в Аргентине. В работе рассмотрена возможная связь таких возрастаний космических лучей, как с вспышечной активностью Солнца, так и процессами в земной атмосфере.
DOI: 10.7868/S0367676515050312
ВВЕДЕНИЕ
В 2009 г. в рамках проведения экспериментальных исследований по международному проекту CLOUD в ЦЕРНе были установлены сцинтилля-ционный годоскоп для регистрации потока частиц от ускорителя и детектор космических лучей (КЛ) Ковер/GCR, изготовленные на Долгопрудненской научной станции ФИАН [1]. Прототип детектора Ковер/GCR — детектор Ковер/КАСЛЕО был установлен ранее в 2006 г. в Астрономическом комплексе Леонсито, КАСЛЕО, в Аргентинских Андах на высоте 2550 м (Аргентина, 31.8° S, 69.3° W, Rc = 9.65 ГВ) [2—5]. С помощью детектора Ковер/GCR в ЦЕРНе проводятся непрерывные измерения потоков заряженных частиц в рамках проведения эксперимента CLOUD [6]. На их основе проводится оценка скорости образования ионов в рабочей камере CLOUD.
В данной работе представлены результаты анализа вариаций КЛ и солнечной активности в период октябрь—декабрь 2013 г. В этот период отсутствовали активные эксперименты на ускорителях в ЦЕРНе, и поэтому вариации регистрируемого потока заряженных частиц могли быть вызваны изменениями потока галактических КЛ, атмосферными вариациями и/или процессами в приземной атмосфере. Особое внимание в работе уделено возрастаниям КЛ, наблюдавшимся детектором Ковер/GCR 15 октября и 19 ноября 2013 г. в
1 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физический институт имени П.Н. Лебедева Российской академии наук, Москва.
2 Университет Маккензи, Сан-Пауло, Бразилия.
ЦЕРНе. Характеристики этих событий схожи с возрастаниями, зарегистрированными ранее 7 марта 2011 г. и 23 января 2012 г. детектором Ковер/КАСЛЕО, установленным на астрономическом комплексе КАСЛЕО в Аргентине [5]. В работе в основном используются данные измерений КЛ, зарегистрированные детекторами КЛ, установленными в ЦЕРНе и в КАСЛЕО. Анализ солнечной (вспышечной) активности выполнен по данным наблюдений солнечного На, рентгеновского, гамма- и радиоизлучения на наземных установках и на космических аппаратах (GOES, FERMI и др., [7—10]). Проанализированы также данные измерений КЛ на мировой сети наземных нейтронных мониторов [10].
Детектирующей основой прибора Ковер/GCR являются 120 газоразрядных гейгеровских счетчиков СТС-6, которые объединены в 12 блоков [1]. В каждом блоке слой из пяти верхних счетчиков отделен от слоя пяти нижних счетчиков алюминиевым поглотителем (фильтром) толщиной 7 мм. Съем экспериментальных проводится автоматически каждые 500 мс по трем каналам: первые 2 канала данных соответствуют интегральному счету заряженных частиц, проходящих раздельно через верхний слой 60 счетчиков (канал 1) и нижний слой 60 счетчиков (канал 2). Частицы, проходящие через фильтр и одновременно зарегистрированные любыми верхним и нижним счетчиками, регистрируются в канале совпадений — канал 12. Конструкция детектора Ковер/GCR позволяет регистрировать частицы разных энергий: в каналах 1 и 2 — электроны и позитроны с энергией Е > 200 кэВ,
АНАЛИЗ ВОЗРАСТАНИЙ КОСМИЧЕСКИХ ЛУЧЕЙ
625
0.0120
£
15 19 23 27 31 2 6 10 14 18 22 2630 2 6 10 14 18 22 Октябрь Ноябрь Декабрь, 2013
Рис. 1. Вариации потока заряженных частиц (/, см• с-1 • ср-1), зарегистрированные детектором КЛ Ковер/ОСЯ в период с 15 октября по 22 декабря 2013 г.
протоны с Е > 5 МэВ, мюоны с Е > 1.5 МэВ; также регистрируются фотоны с Е > 20 кэВ с эффективностью меньше 1%. В канале совпадений 12 регистрируются более энергичные частицы: электроны с энергиями Е > 5 МэВ, протоны с Е > 30 МэВ и мюоны с Е > 15.5 МэВ.
Таким образом, в отличие от других наземных установок по регистрации КЛ (нейтронные мониторы, мюонные детекторы, ионизационные камеры и др.) детектор Ковер/ОСЯ чувствителен к малоэнергичной заряженной вторичной компоненте КЛ, образуемой первичными галактическими и солнечными КЛ в земной атмосфере и/или иными процессами в приземной атмосфере.
ДАННЫЕ НАБЛЮДЕНИИ В ОКТЯБРЕ-ДЕКАБРЕ 2013 г.
На рис. 1 представлены вариации потока заряженных частиц (J, см-2 • с-1 • ср-1), зарегистрированные в канале 12 детектора космических лучей Ко-вер/GCR в период с 15 октября по 22 декабря 2013 г. Наблюдаемые изменения потока частиц обусловлены в основном изменениями атмосферного давления и температуры. Величины поправок на давление и температуру составляют в = -(0.44 ± ± 0.01)%/hPa и а = (-0.09 ± 0.02)%/1°С соответственно (для приземного слоя) [4]. Величина скорости ионизации, обусловленная потоками вторичных космических лучей изменялась в пределах (1.5-1.8) пар ионов/(см3 • с) в месте проведения эксперимента CLOUD. Анализ вариаций КЛ, зарегистрированных детектором Ковер/GCR в указанный период, выявил два события возрастания темпа счета частиц 15 октября 2013 г. и 19 ноября 2013 г. Для примера на рис. 2 представлены экспериментальные данные для события 19 ноября 2013 г.
15 октября 2013 г. возрастание темпа счета детектора Ковер/GCR в ЦЕРНе наблюдалось во всех 3 каналах в период ~15—19 UT. Амплитуда возрастания составляет (3.5 ± 0.4)% во всех каналах. На-
f 10-4 5
о10-5 ^10-6 1.74 ■ 104 сч 1.70 ■ 104 1.66 ■ 104 1.62 ■ 104
Tl 11 ll 1111 jl I 11 (l II
10
15
20
UT
Рис. 2. Сверху вниз: панель а - вариации солнечного рентгеновского излучения (диапазон 0.5-4 А; 5-минутные данные в единицах Вт • м-2) измерения на борту геостационарного спутника GOES) в период 08-24 UT 19 ноября 2013 г. [7]; б - 5-минутный темп счета в канале 2 детектора КЛ в ЦЕРНе (Ковер/GCR); в - вариации потока солнечных протонов с энергией свыше 50 МэВ, измеренные на борту GOES-13 (5-минутные данные в единицах J, см-2 • с-1 • ср-1, [7]); г и д - 5-минутный темп счета в канале 1 и 12 детектора КЛ Ковер/КАСЛЕО. Вертикальные штриховые и сплошные линии указывают времена начала всплесков солнечного рентгеновского излучения (Е > 12-25 кэВ), зарегистрированные на борту космических аппаратов RHESSI и FERMI соответственно [8, 9].
личие эффекта возрастания в канале совпадений (канал 12) детектора Ковер/GCR свидетельствует о наличии энергичных протонов (>30 МэВ) и электронов (>5 МэВ) в это время. Анализ данных о солнечной активности и космических лучах (измерения на наземных нейтронных мониторах (НМ) и на борту спутника GOES) в период 15-19 UT 15 октября [7] позволяет сделать следующие выводы:
1) в указанный период на Солнце в активных областях (АО) NOAA 1865 (S20E52) и NOAA 1861 (S12W14) произошел ряд солнечных вспышек, включая вспышку балла С6.5 в ~(15:20—15:50) UT,
2) рентгеновские всплески (Е > 12-25 кэВ) были зарегистрированы в ~15:11—17:00 UT на аппаратах RHESSI и FERMI,
3) наземные нейтронные мониторы не зарегистрировали возрастания потоков космических лучей в этот период; отсутствует эффект возрастания потоков частиц по данным GOES-13,
Для возрастания 19 ноября 2013 г., представленного на рис. 2, характерно следующее:
ИЗВЕСТИЯ РАН. СЕРИЯ ФИЗИЧЕСКАЯ том 79 № 5 2015
626
MAХMУTОВ и др.
1) длительному возрастанию темпа счета на детекторе Ковер/GCR с ~11:30 UT по ~21 UT предшествовал ряд солнечных вспышек в АО NOAA 1893 (S70W14). Помимо длительного возрастания (более 3 часов) рентгеновского излучения 0. 5-4 А (данные GOES-13 на вставке а рис. 2), также был зарегистрирован ряд всплесков жесткого рентгеновского излучения (>12-25 кэВ) на борту спутников RHESSI (вертикальные штриховые линии) и FERMI (сплошные линии),
2) многочасовое возрастание потоков солнечных протонов с Е > 10-100 МэВ наблюдалось на спутнике GOES-13, однако возрастание темпа счета нейтронных мониторов в это время не наблюдается,
3) на вставках г и д рис. 2 представлен 5-минутный темп счета детектора космических лучей Ко-вер/КАСЛЕО. Здесь возрастание счета наблюдалось только в поздний период в ~16—19 UT. В это время на Солнце в АО 1893 произошло несколько вспышек, включая 4 вспышки балла С (вставка а рис. 2) и ряд всплесков жесткого рентгеновского излучения (Е > 12—25 кэВ), зарегистрированных на спутниках RHESSI и FERMI (штриховые и сплошные вертикальные линии. Несколько всплесков рентгеновского излучения (Е < 10 кэВ) в период 13—15 UT предшествовали началу возрастанию счета Ковер/КАСЛЕО.
Таким образом, новые возрастания потоков заряженных частиц 15 октября 2013 г. и 19 ноября 2013 г., представленные выше, дополняют ряд аналогичных событий наблюдавшихся ранее прибором Ковер/КАСЛЕО в 2011-2012 гг. [4]. Наиболее характерные особенности этих событий следующие: (а) наличие предшествующих длительных солнечных вспышек, сопровождающихся всплесками жесткого рентгеновского излучения; иногда в таких событиях наблюдаются потоки инжектированных нейтронов и энергичное гамма-излучение [4]; (б) отсутствие возрастаний в наблюдениях наземных нейтронных мониторов (классических GLE-событий). Однако длительные возрастания
потоков малоэнергичных солнечных протонов (>10—100 MэВ) могут наблюдаться одновременно с обсуждаемыми событиями. В настоящее время не представляется возможным построение ясного
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.