УДК 527.75
СРАВНЕНИЕ ПРОТОННОЙ АКТИВНОСТИ В 20-23-м СОЛНЕЧНЫХ ЦИКЛАХ
© 2015 г. Ю. И. Логачёв1, Г. А. Базилевская2, Э. В. Вашенюк3, Е. И. Дайбог1,
В. Н. Ишков4, 5, Л. Л. Лазутин1, Л. И. Мирошниченко1, 4, |М. Н. Назарова|6, И. Е. Петренко6, А. Г. Ступишин7, Г. М. Сурова1, О. С. Яковчук1
1Научно-исследовательский институт ядерной физики им. Д.В. Скобельцына Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова (НИИЯФ МГУ), г. Москва 2Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН (ФИАН), г. Москва 3Полярный геофизический институт КНЦРАН (ПГИКНЦРАН), г. Мурманск 4Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н.В. Пушкова РАН (ИЗМИРАН),
г. Москва, г. Троицк 5Геофизический центр РАЛ (ГЦ РАН), г. Москва 6Институт прикладной геофизики им. акад. Е.К. Федорова, г. Москва 7Научно-исследовательский институт физики Санкт-Петербургского государственного университета,
г. С.-Петербург e-mail: logachev@srd.sinp.msu.ru Поступила в редакцию 26.12.2013 г. После доработки 30.06.2014 г.
Приведены результаты сравнения особенностей вспышек солнечных протонов в 20-23-м циклах солнечной активности. Для такого сравнения особое значение имеет однородное представление информации о солнечных протонных событиях (СПС). Рабочая группа "Каталог", в которую входят представители разных институтов, создала каталоги СПС 1970—2010 гг. В них включены солнечные события с потоком протонов с энергией Е > 10 МэВ, превышающим в окрестности Земли 1 см-2 с-1 ср-1. Разнообразие условий, сопровождающих СПС, приводит к большому разбросу параметров их потоков и энергетических спектров, различию временных профилей. Корректное выявление закономерностей в распределении этих параметров за четыре цикла солнечной активности возможно только на базе статистического подхода, который используется в данной работе, при этом главным условием успешности сравнения является однородность анализируемых рядов данных. В статье описаны особенности протонной активности Солнца за весь период измерений СПС, начиная с 19-го солнечного цикла и по конец 23-го. Большое внимание уделено методикам привязки солнечных событий в частицах, регистрируемых вблизи Земли, к источникам на Солнце. На данном статистическом материале отмечено, что количество СПС по циклам и распределение их внутри солнечного цикла могут указывать на разный характер генерации СПС в солнечных циклах 20-21-м и в 22-23-м.
БО1: 10.7868/8001679401503013Х
1. ВВЕДЕНИЕ
Изучение потоков заряженных частиц, генерируемых Солнцем в солнечных вспышечных явлениях, — важный этап в понимании механизмов
их ускорения на Солнце. Первые возрастания
солнечных протонов, до начала спутниковых ис-
следований, были зарегистрированы в основном наземными ионизационными камерами и мюон-ными телескопами (начиная с 1942 г.) и/или специальными счетчиковыми телескопами во время редких полетов в стратосферу.
С 1958 г. начинается эпоха интенсивного исследования солнечных частиц с энергией >1 МэВ космическими аппаратами (КА) за пределами атмосферы Земли, а затем и вне ее магнитосферы
[Горчаков и др., 1961]. Последнее обстоятельство
имеет важное значение, так как магнитное поле Земли оказывает сильное воздействие на потоки заряженных частиц. Сначала регистрация солнечных частиц носила эпизодический характер (полеты КА осуществлялись не часто), и за весь 19-й солнечный суперцикл по каталогу [Эоё80п й а1., 1975] было зарегистрировано всего 122 возрастания потоков протонов с энергиями >10 МэВ без учета величины потока протонов. Это число сильно занижено из-за эпизодического характера заатмосферных измерений частиц. Однако уже с началом 20-го цикла солнечной активности (СА) ситуация стала исправляться, и к 1970 г. тот же каталог дает уже 86 протонных событий с порогом >1 см-2 с-1 ср-1(>р1и) с Е > 10 МэВ за 5.5 лет развития солнечного цикла. Можно быть уверенным, что уже ни одно событие в солнечных частицах не
оставалось незамеченным (опять-таки, это зависит от порогов регистрации по интенсивности и энергии). К этому времени был предложен и термин, охватывающий совокупность явлений в энергичных солнечных частицах — солнечные космические лучи (СКЛ). Теперь это общепризнанный раздел изучения космических лучей: галактические космические лучи (ГКЛ) — это частицы, приходящие из нашей Галактики и других галактик, а солнечные космические лучи — частицы, приходящие от Солнца (в англоязычной литературе — Solar Energetic Particles — SEP).
Разнообразие характеристик СКЛ, связанное со сложностью порождающих и сопровождающих их процессов, привело к созданию каталогов солнечных протонных событий (СПС), начало которым было положено каталогом под редакцией Z. Svestka и P. Simon, составленным группой астрономов-солнечников: H.W. Dodson, E.R. He-deman, R.W. Kreplin, M.J. Martres, V.N. Obridko (ИЗМИРАН, СССР), M.A. Shea, D.F. Smart, H. Tanaka. Каталог вышел в свет в 1974 г. и охватил СПС 1955-1969 гг. [Dodson et al., 1975]. К настоящему времени имеется несколько каталогов СПС, описанных в публикациях [Vainio et al., 2009, 2013; Белов и др., 2010; Cane et al., 2010]; каждый из них имеет определенную направленность и охватывают разные периоды времени.
Вся серия описываемых в настоящей статье каталогов солнечных протонных событий [Акиньян идр., 1983; Базилевская и др., 1986, 1990а, б; Сладкова и др., 1998], начиная с 1970 г., подготовлена представителями ряда научных учреждений СССР (в основном, России), ориентированных на исследование солнечно-земных связей, что позволило всесторонне охватить проблему в целом и каждое событие в частности.
Информация, представленная во всех уже вышедших каталогах, бралась из открытых источников, основными из которых являлись оригинальные данные мониторинга космического пространства, а также периодические издания "Solar Geophysical Data" (Солнечные геофизические данные) и "Солнечные данные" [1970-1986 гг.]. В каталогах использованы измерения потоков частиц, проведенные на КА, на шарах-зондах, с помощью наземных нейтронных мониторов (НМ) и по ионосферному поглощению космического радиоизлучения в полярных шапках Земли. Процессы на Солнце оценивались по излучению в оптическом, рентгеновском и радиодиапазонах электромагнитного спектра, сопровождающего солнечные вспышки. В эти каталоги вошли протонные события с энергией >10 МэВ с потоком частиц, превышающим 1 pfu, зарегистрированные в околоземном космическом пространстве. Как показал опыт, выбор такого порога по энергии и числу регистрируемых частиц обеспечивает надежное отождествление источников протонных возрастаний на Солнце с достаточно точным
определением времени начала прихода частиц в точку регистрации и позволяет более точно определять исходное вспышечное событие, с которого начинается генерация солнечных протонов в активной области (АО) Солнца, особенно в событиях со сложным профилем. Пороговые значения с большими энергиями и потоками протонов резко уменьшают статистическую базу событий, уменьшение энергии и пороговых потоков протонов затрудняют отождествления источников из-за вклада в потоки протонов несолнечных процессов (ускорение в межпланетном пространстве).
Разумеется, эти каталоги содержат не все события, в которых на расстоянии в 1 а.е. от Солнца существовали требуемые потоки протонов. Некоторая доля протонных событий имела максимум долготного профиля потоков далеко от гелиодол-готы Земли, и КА вблизи Земли регистрировали малые потоки солнечных частиц или их отсутствие. Это касается, в частности, СПС, обусловленных вспышечными событиями на обратной стороне Солнца.
Все выпуски наших каталогов составлены по той же схеме, что и каталог Dodson et al. [1975], и составляют ряд однородных данных по возрастаниям солнечных протонов. Они создавались с целью сбора, систематизации и однородного представления информации обо всех зарегистрированных СПС и могут быть использованы как справочник по СПС, солнечным вспышечным событиям — источникам СПС, а также по AO, в которых образовались условия осуществления протонных вспышек. Ввиду малого тиража и труднодоступности для исследователей все вышедшие тома наших каталогов в отсканированном виде (расширение .pdf) можно найти на странице интернет-сайта Мирового центра данных по солнечно-земной физике в Москве: http://www.wd-cb.ru/stp/online_data.ru.html#ref113_r.
На основе однородных данных, включенных в каталоги, и благодаря полноте охвата наблюдательного материала можно изучать геофизические эффекты СПС, разрабатывать методы оценки и прогнозирования радиационной опасности космических полетов и решать другие задачи прикладного характера. Они могут быть использованы для поисков статистических закономерностей как СПС, так и их источников, а также для изучения физических процессов, связанных с ускорением и распространением солнечных частиц (см., например, [Веселовский и Яковчук, 2011]).
К сожалению, не для всех событий имеются данные по всем сопровождающим вспышку явлениям. Для ранних событий нет сведений о мягком и жестком рентгеновском излучениях, о коро-нальных выбросах вещества (КВВ), о возмущен-ности межпланетного пространства и других процессах/явлениях. Это объясняется тем, что при
первых полетах КА не было соответствующих приборов, а главное, не осознавалась необходимость таких измерений. Кроме того, и измерения потоков частиц бывают неполными, обычно нет сведений о химическом, а тем более изотопном, составе ускоренных частиц, не всегда есть сведения об электронной компоненте. Так что, несмотря на имеющуюся большую статистику, необходимо продолжать регистрацию событий в солнечных космических лучах, обеспечивая все более широкий набор сведений об их потоках.
Основным отличием наших каталогов за 1970—1995 гг. от каталога Эоё80п й а1. [1975] является включение энергетических спектров, временных профилей потоков протонов, синоптических карт Солнца с "протонными" АО для уверенно отождествленных событий и схематические зарисовки всех групп пятен, в которых произошли или могли произойти солнечные протонные вспы-шечные события [Солнечные данные, 1970—1986].
В данной статье освещены два аспекта работы над
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.