КОСМИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ, 2004, том 42, № 3, с. 228-237
УДК 537.591.5
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ОТРАЖАТЕЛЬНОЙ МОДЕЛИ ДЛЯ АНАЛИЗА ВОЗРАСТАНИЙ ИНТЕНСИВНОСТИ СОЛНЕЧНЫХ КОСМИЧЕСКИХ ЛУЧЕЙ НА РАЗЛИЧНЫХ ГЕЛИОЦЕНТРИЧЕСКИХ РАССТОЯНИЯХ (НА ПРИМЕРЕ СОБЫТИЯ, НАБЛЮДАВШЕГОСЯ В ИЮНЕ 1991 г.
НА КА ГРАНАТ И ULYSSES)
© 2004 г. Е. Е. Григоренко, Г. П. Любимов
Научно-исследовательский институт ядерной физики им. Д.В. Скобельцына МГУ
Поступила в редакцию 09.10.2002 г.
В настоящей работе рассмотрено крупномасштабное возрастание интенсивности солнечных протонов (E = 1-20 МэВ), наблюдавшееся в июне 1991 г. в течение 26 суток в различных точках межпланетной среды: на космических аппаратах ULYSSES (в данный период времени находился на расстоянии 3 а. е. от Солнца, на угловом расстоянии ~70° к востоку от линии Солнце-Земля и на 3° южнее плоскости эклиптики) и ГРАНАТ (находился на орбите Земли и большую часть полетного времени -вне магнитосферы Земли). Сделана аппроксимация сложного временного профиля возрастания интенсивности солнечных космических лучей (СКЛ) на основе отражательной модели их распространения в гелиосфере. Установлено, что в данном событии перенос частиц СКЛ в межпланетной среде осуществлялся в основном в ловушках образованных фронтами радиально движущихся вспы-шечных возмущений. Параметры этих фронтов, полученные при моделировании данного возрастания СКЛ, позволили оценить характерные размеры областей эффективного захвата СКЛ. Сравнение результатов аппроксимации полученных для данных с КА ГРАНАТ и ULYSSES выявило увеличение размеров областей захвата СКЛ с ростом радиального расстояния от Солнца.
1. ВВЕДЕНИЕ
22-й цикл солнечной активности (СА) был чрезвычайно богат солнечно-протонными событиями и сопровождающими их геомагнитными возмущениями. Этот цикл СА начался в октябре 1986 г. и достиг максимума к июлю 1989 г. Причем, основная доля мощных протонных событий произошла в период с марта 1989г. по май 1990 г. К концу 1990 г., казалось бы, начался спад СА, но в период с марта по июнь 1991 г. произошел новый ее скачок, который ознаменовался, пожалуй, самыми интересными солнечно-земными событиями за весь 22-й цикл.
В этот период на Солнце наблюдалась экстремально высокая активность. С марта по июнь 1991 г. произошло 38 солнечных вспышек оптического балла >2В и 29 вспышек, сопровождавшихся мягким рентгеновским излучением с величиной потока >1Х. Сильные солнечные вспышки нередко сопровождаются быстрым и массивным выбросом корональной плазмы (СМЕ) с образованием ударной волны в межпланетной среде. Приход ударной волны к Земле может вызвать сильные геомагнитные возмущения (БС). В данный период времени наблюдалось 18 БС, зарегистрированных на 3-х и более наземных станциях [5], что указывает на приход к Земле экстремально сильных возмущений в период с марта по июнь 1991 г.
Во время сильных геомагнитных возмущений во временных профилях интенсивности галактических космических лучей (ГКЛ), измеренных наземными нейтронными мониторами часто наблюдается Форбуш-эффект - быстрое падение интенсивности вследствие прохождения мимо Земли межпланетных возмущений. Такие падения интенсивности ГКЛ могут продолжаться в течение нескольких суток. В период с марта по июнь было зарегистрировано самое низкое значение интенсивности ГКЛ по сравнению со всеми предыдущими солнечными циклами, начиная с 1953 г. [7]. Это еще один важный факт, свидетельствующий о наличии в этот период экстремальных условий в межпланетной среде, которые препятствовали распространению ГКЛ через гелио-сферу к Земле.
Многие из вспышек, произошедших с марта по июнь 1991 г. сопровождались генерацией высокоэнергичных заряженных частиц - солнечный космических лучей (СКЛ), одним из основных компонентов которых являются протоны. На рис. 1 показаны временные профили потоков солнечных протонов с энергиями 1-20 МэВ и более 20 МэВ, измеренные на спутнике ГРАНАТ в период с марта по июнь, а также часовые данные нейтронного монитора Deep River. На рисунке хорошо видно, что в указанный период времени в межпланетной среде наблюдались три крупно-
5 4 3 2 1 0
7000 6500 6000 5500 5000
4500 й
1.III
31.III
30.IV
30.V
30.VI Дата
Рис. 1. На двух верхних панелях представлены данные логарифма интенсивности солнечных протонов с энергиями более 20 МэВ и 1-20 МэВ соответственно, которые были измерены на спутнике ГРАНАТ за период март-июль 1991 г. На нижней панели показаны данные нейтронного монитора Deep River. Пунктиром отмечено июньское событие, анализ которого представлен в данной работе.
масштабных протонных события, длительность которых сравнима с солнечным оборотом (~28 суток). Эти события сопровождались Форбуш-понижениями интенсивности ГКЛ, абсолютный минимум которой был достигнут в июне. Именно июньское событие в СКЛ (отмеченное пунктиром на рис. 1), которое на самом деле состояло из целой серии довольно сильных возрастаний потока СКЛ, мы и рассмотрим в настоящей статье. Это событие представляет особый интерес, т.к.
было вызвано серией вспышек произошедших в одной и той же активной области (АО) по мере ее перемещения от восточного лимба Солнца к западному. Анализ события мы будем делать на основе данных с двух КА: ГРАНАТ и ULYSSES, находящихся на значительных гелиоцентрическом и угловом расстояниях друг от друга (рис. 2). Содержание статьи следующее: во второй главе мы дадим краткую информацию об экспериментальных данных, которые мы использовали в ста-
I
Рис. 2. Схематическое расположение КА ГРАНАТ и ULYSSES в июне 1991 г. в проекции на плоскость эклиптики.
тье. В первом параграфе третьей главы мы подробнее рассмотрим вспышечную активность Солнца с июне 1991 г. и представим экспериментальные данные по потокам солнечных протонов измеренных на КА ГРАНАТ и ULYSSES в этот период времени, а также данные измерений межпланетного магнитного поля (ММП) и солнечного ветра (СВ). Во втором параграфе третьей главы мы кратко обсудим основные принципы отражательной модели распространения СКЛ в гелиосфере, которую мы использовали для анализа сложных временных профилей СКЛ. В последнем параграфе этой главы мы представим результаты применения отражательной модели для аппроксимации временных профилей СКЛ низких энергий, измеренных на разных радиальных расстояниях от Солнца и на разных угловых дистанциях по отношению к центральному меридиану.
2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ДАННЫЕ
В данной работе использованы две серии данных по временным профилям интенсивности солнечных протонов с часовым усреднением со спутника ГРАНАТ (энергии 1-20 МэВ) и с КА ULYSSES (энергии 0.9-19 МэВ).
КА "ГРАНАТ' запущенный в декабре 1989 г. являлся высоко апогейным спутником с начальным апогеем 200000 км, наклонением орбиты 51° и периодом вращения по орбите 4 суток. Такие параметры орбиты позволяли спутнику находиться в течение примерно 90% полетного времени в межпланетной среде вне магнитосферы Земли.
Для анализа события в СКЛ, выполненного в настоящей работе, использовались данные мони-торной аппаратуры "КС-18М", которая состояла из двух идентичных блоков, установленных на солнечной и антисолнечной сторонах спутника. Каждый блок состоял из двух одиночных полупроводниковых детекторов, телескопа и двух газоразрядных счетчиков. Регистрировались потоки протонов с энергиями в диапазоне 1-100 МэВ/нуклон, а-части-цы с энергиями 4-90 МэВ/нуклон и электроны с энергиями более 0.1 МэВ [4].
КА ULYSSES, запущенный 6.X.1990 г., является первым КА для исследования межпланетной среды на больших угловых расстояниях от плоскости эклиптики. Траектория его полета к Солнцу состояла из двух частей: полет к Юпитеру, причем этот отрезок траектории практически лежал в плоскости эклиптики, и разгон в гравитационном поле Юпитера с последующим выходом на околосолнечную орбиту. В дальнейшем орбита ULYSSES практически проходила над полюсами Солнца, ее период равнялся 6 суткам.
Эксперимент по измерению потоков СКЛ на ULYSSES заключался в измерении энергичных ядер и электронов различных энергий: от 0.5 до 600 МэВ/нуклон - для ядер от H до Ni, и от 4 до нескольких сот МэВ - для электронов. В данной статье мы использовали данные с прибора LET-телескопа, предназначенного для измерения потоков частиц низких энергий (http://cdaweb.gsfc. nasa.gov/cgi-bin/cdaweb/eva12.cgi). Этот прибор позволяет производить спектральные измерения и определять химический состав в зарядовом диапазоне Z = 1-26 с нижним порогом энергий для протонов 0.9 МэВ и ~3.0 МэВ/нуклон - для частиц с Z > 5.
3. ОБСУЖДЕНИЕ
3.1. Экспериментальные наблюдения потоков СКЛ в июне 1991 г. по данным КА ГРАНАТ и ULYSSES. В июне 1991 г. экстремально высокая вспышеч-ная активность была зарегистрирована в АО № 6659. Хотя на видимом диске Солнца в этот период наблюдалось несколько АО, вспышечная активность в АО № 6659 явно доминировала над остальными. Согласно оценкам, производимым по индексу рентгеновской эмиссии [7], эта АО являлась наиболее мощной из всех, пересекавших солнечный диск с августа 1972 г. по декабрь 1994 г. [6].
В таблице 1 приведены вспышки, произошедшие в АО № 6659 с момента выхода ее из-за восточного лимба Солнца (1.VI. 1991 г.). На рис. 1 видно, что такая высокая вспышечная активность Солнца в первой половине июня сопровождалась практически монотонным понижением интенсивности ГКЛ, абсолютный минимум которой
Таблица 1. Основные параметры солнечных вспышек, связанных с возрастаниями потока СКЛ в июньском событии 1991 года
№ вспышки Дата, 1991 г. UT Балл Положение № АО Тип радиоизлучения
1 29.V 23.43 2B/X1.0 N05°E38° 6654
2 30.V 09.49 1B/M8.2 N07°E38° 6654
3 1.VI 15.03 1F/X12 N25°E90° 6659 2/4
4 2.VI 14.12 2B/M2.8 S08°W19° 6652 2/4
5 4.VI 03.57 3B/X12 N34°E65° 6659 2/4
6 6.VI 01.08 4B/X12 N32°E44° 6659 2/4
7 7.VI 00.38 3B/X4.2 N29°E24° 6659 4
8 9.VI 01.43 3B/X10 N30°E06° 6659 2/4
9 11.VI 01.56 3B/X12 N32°W19° 6659 2/4
10 15.VI 08.21 3B/X12 N33°W69° 6659 2/4
был достигнут 13.06, и многочисленными SC [5]. Большинство вспышек, произошедших в АО № 6659, имели оптический балл >2B и сопровождались радиоизлучением II и IV типов, указывающих на выброс вспышечной плазмы с образованием ударн
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.