ГЕОМАГНЕТИЗМ И АЭРОНОМИЯ, 2013, том 53, № 1, с. 13-21
УДК 524.1-352
СВЯЗЬ ПАРАМЕТРОВ ФОРБУШ-ЭФФЕКТОВ С ГЕЛИОДОЛГОТОЙ
СОЛНЕЧНЫХ ИСТОЧНИКОВ
© 2013 г. М. А. Абунина, А. А. Абунин, А. В. Белов, Е. А. Ерошенко, А. C. Асипенка, В. А. Оленева, В. Г. Янке
ФГБУ науки Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н.В. Пушкова РАН, г. Троицк (Московская обл.) e-mail: abunina@izmiran.ru Поступила в редакцию 13.09.2011 г.
В базе данных по Форбуш-эффектам, созданной в ИЗМИРАН на основе данных мировой сети нейтронных мониторов, собраны все значительные события в галактических космических лучах за последние 55 лет. Для ~800 из этих событий идентифицированы их солнечные источники. Эти события были разделены на пять групп по гелиодолготам ассоциированных рентгеновских солнечных вспышек, и поведение их характеристик изучалось отдельно для каждой из этих групп. Представлено типичное поведение плотности и анизотропии космических лучей для каждой группы. Выявлены характеристики Форбуш-эффектов, более всего зависящие от гелиодолготы источника.
DOI: 10.7868/S0016794013010021
1. ВВЕДЕНИЕ
Непосредственной причиной большинства больших Форбуш-эффектов (ФЭ) является распространяющееся возмущение солнечного ветра, вызванное корональными выбросами масс (СМЕ) [Iucci et al., 1979; Richardson and Cane, 1993; Cane et al., 1994]. Начало этого типа ФЭ обычно совпадает с приходом межпланетной ударной волны и внезапным началом геомагнитной бури (SSC). Возможная корреляция между некоторыми параметрами ФЭ и характеристиками ICME и их солнечных источников, в частности, гелиодолготная зависимость ФЭ, рассматривалась во многих работах [Sinno, 1961; Haurvitz et al., 1965; Barnden, 1973; Iucci et al., 1985, 1986; Cane et al., 1996; Cane, 2000; Belov et al., 2001]. Первое детальное изучение было проведено в работах Iucci et al. [1985, 1986]. Но с тех пор накоплено огромное количество новых данных о событиях на Солнце и в межпланетной среде, что дает новые возможности для исследований. Статистический анализ таких событий требует большого объема данных, поскольку, как отмечалось в публикации [Cane, 2000], ситуация на орбите Земли может быть очень сложной из-за нескольких транзиентных событий, происходящих близко во времени и пространстве (см. также [Burlaga et al., 2003; Gopalswamy et al., 2004]). При взаимодействии же рекуррентных и транзиентных структур бывает трудно разделить ФЭ, обусловленные различными типами возмущений [Crooker and Cliver, 1994; Gonzalez et al., 1996; Cliver and Cane, 1996; Belov, 2009].
Кроме того, почти во всех упомянутых работах анализ ФЭ проводился для относительно корот-
ких периодов и небольшого числа событий, в основном, по данным одного-трех отдельных нейтронных мониторов (НМ). Различие в вариациях скорости счета НМ между разными станциями во время ФЭ определяется свойствами каждой станции, что не позволяет точно характеризовать событие. Из-за различного географического положения, высоты и геомагнитных жесткостей обрезания Форбуш-понижение (ФП) в скорости счета на каждой станции может показывать различную глубину, различный временной профиль и даже разное время начала. Поэтому для анализа лучше использовать характеристики ФЭ, не зависящие от места наблюдения: плотность и анизотропию космических лучей (КЛ), полученные методом глобальной съемки по данным мировой сети НМ [Ве1оу й а1., 2005а].
В данной работе мы исследуем только не рекуррентные ФЭ: события, связанные с СМЕ и ассоциированные с солнечными спорадическими источниками. Цель работы — выявить тенденции в поведении анизотропии КЛ, проявляющиеся в зависимости анизотропии от величины ФП, в запаздывании начала ФЭ относительно начала возмущения, в скорости спада интенсивности КЛ на главной фазе ФП — для Форбуш-эффектов, распределенных по различным гелиодолготным группам их источников. Подобные исследования делают КЛ источником информации еще одного типа: они дают дополнительные возможности для локализации солнечного источника межпланетного возмущения; помогают понять, как распространяются возмущения от разных источников, когда и почему они становятся геоэффективными; обес-
Усредненные параметры для всех Форбуш-эффектов с идентифицированными солнечными источниками в различных гелиодолготных секторах за период 1976—2010 гг.
E91 -E46 E45 -E16 E15-W15 W16 -W45 W46 -W91
AF 2.47 ± 0.28 2.90 ± 0.23 3.00 ± 0.30 2.95 ± 0.39 2.26 ± 0.26
^Jmax 1.58 ± 0.08 1.75 ± 0.07 1.81 ± 0.09 2.15 ± 0.17 2.01 ± 0.16
A^range 1.72 ± 0.11 1.94 ± 0.08 1.98 ± 0.09 2.04 ± 0.11 1.92 ± 0.16
Dmin -0.56 ± 0.07 -0.57 ± 0.04 -0.66 ± 0.06 -0.81 ± 0.12 -0.60 ± 0.10
Dmax 0.80 ± 0.36 0.37 ± 0.02 0.49 ± 0.08 0.49 ± 0.05 0.39 ± 0.02
Kpmax 5.00 ± 0.21 5.24 ± 0.17 5.73 ± 0.15 5.79 ± 0.19 5.41 ± 0.21
Ap max 59.13 ± 6.02 67.21 ± 6.52 88.43 ± 6.35 92.12 ± 8.56 75.70 ± 9.80
Dst min -58.0 ± 5.8 -72.0 ± 6.9 -85.5 ± 5.9 -87.9 ± 8.5 -67.2 ± 6.8
в Bmax 15.03 ± 0.89 17.68 ± 1.13 17.91 ± 0.75 17.47 ± 1.39 18.21 ± 1.33
V max 521.7 ± 19.2 569.4 ± 14.8 541.1 ± 13.6 564.0 ± 18.0 597.3 ± 21.2
V в mm 4.04 ± 0.31 5.13 ± 0.45 5.07 ± 0.31 5.13 ± 0.56 5.52 ± 0.55
^min 24.75 ± 2.64 22.12 ± 1.71 18.06 ± 1.53 13.48 ± 1.94 16.02 ± 2.55
t(Dmin) 12.68 ± 2.22 11.99 ± 1.51 11.16 ± 1.22 9.16 ± 1.67 11.57 ± 1.93
Af/B 0.166 ± 0.021 0.163 ± 0.012 0.156 ± 0.013 0.149 ± 0.013 0.132 ± 0.014
HLon -66.725 ± 1.997 -29.963 ± 0.912 0.253 ± 0.882 28.507 ± 1.042 63.915 ± 2.000
Примечание. Источники распределены по пяти долготным группам и отстоят на 48 ч до и на 48 ч после друг от друга (всего 344 события).
печивают нас дополнительной информацией для оценки структуры и размеров межпланетных возмущений от разных источников.
2. ДАННЫЕ И МЕТОДЫ
Две базы данных, разработанные в ИЗМИРАН, использованы в качестве рабочих инструментов для исследования связей между вспышками на Солнце и Форбуш-эффектами у Земли. Первая база данных [Belov et al., 2005b] содержит информацию по всем рентгеновским вспышкам, зарегистрированным спутниками серии GOES (ftp://ftp.ngdc.noaa.gov/STP/SOLAR_DATA/SOLAR _FLARES/XRAY_FLARES/) с осени 1975 г. по настоящее время. Другая база данных [Belov, 2009] включает характеристики ФЭ и межпланетных возмущений. Параметры каждого ФЭ (часовые значения плотности и анизотропии КЛ за пределами магнитосферы) рассчитаны по данным сети НМ методом глобальной съемки (GSM) [Belov et al., 2005a]. Эти параметры являются глобальными характеристиками и не зависят от отдельных детекторов. В нашей базе данных используются результаты для КЛ с жесткостью 10 ГВ, поскольку она близка к эффективной жесткости частиц, регистрируемых нейтронными мониторами. Максимальные значения ФП, время начала ФП, время достижения минимума ФП и продолжительность главной фазы Форбуш-эф-фекта были оценены для каждого события и введены в базу данных. Максимальные значения
межпланетного магнитного поля (ММП) и скорости солнечного ветра (СВ), а также времена этих максимумов относительно прихода ударной волны, оценивались из OMNI базы данных (http://omniweb.gsfc.nasa.gov/ow.html). База данных ИЗМИРАН включает также максимальные значения составляющих анизотропии КЛ, Kp и 4р-индексов геомагнитной активности (ftp://ftp. gfz-potsdam.de/pub/home/obs/kp-ap/wdc/) для каждого события.
Для анализа отбирались Форбуш-эффекты:
1) идентифицированные с солнечными источниками;
2) разделенные между собой временным интервалом, по меньшей мере, в 48 ч, чтобы избежать наложения серийных событий, или (когда разделение меньше) с величиной предыдущего ФП <1.5%.
Таких событий в нашей базе за период с 1976 по 2010 гг. набралось 334. Они были разделены на пять групп по гелиодолготным диапазонам их солнечных источников: Е91—Е46; Е45—Е16; Е15—W15; W16—W45; W46—W91. Для каждой группы определялся ряд параметров, часть которых, использовавшаяся для анализа, представлена в таблице.
Для получения этой таблицы и других обсуждаемых далее результатов использовались свойства и возможности баз данных, позволяющие делать выборки событий по различным параметрам и проводить различные корреляционные и статистические оценки.
150 100 50 0
I
н
о «
о
(Я1
у
о
т
-
В
^
о
св 6
н
^ 4 8 4
Ч о
« 2
-90 -75 -60 -45 -30 -15 0 15 30 45 60 75 90 Гелиодолгота солнечного источника, град
Рис. 1. Зависимость величины ФП и Ар-индексов геомагнитной активности от долготы солнечного источника. Треугольниками в верхней части рисунков показаны самые большие события с величиной ФП >8% и возрастанием Ар-индекса выше 150 (2 нТл).
0
3. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
Параметры Форбуш-эффектов для каждой долготной группы солнечных источников, а также характеристики состояния межпланетной среды и солнечного ветра в исследуемые периоды приведены в таблице. Здесь АР - величина ФП, Ахутах - максимальное значение экваториальной составляющей первой гармоники анизотропии КЛ, Аггащ,е - диапазон изменения северо-южной составляющей анизотропии, /),„,„ - максимальное уменьшение плотности КЛ за час, /тах - максимальное увеличение плотности КЛ, Кртах, Артах, - максимальные значения индексов геомагнитной активности во время рассматриваемых событий, Бтах - максимальное значение напряженности ММП, Ктах - максимальное значение скорости СВ, УтБт - произведение максимальных значений характеристик межпланетной среды в рассматриваемом возмущении, рассчитываемое по формуле
V В =
' т^т
V В
' тяу I
тах -^тах
V Во (1)
где V и Б0 параметры невозмущенной межпланетной среды (обычно используются V = 400 км/с, а Б0 = 5 нТл); ?т,п - время от начала до минимума плотности в ФП, ?(/тт) - время наибольшего часового понижения плотности на главной фазе ФП, А^/Бтах - отношение амплитуды ФП к максимальной напряженности ММП, Н1оп - гелиодолгота источника.
Среди отобранных вышеописанным методом событий 99 эффектов оказались из центрального
сектора солнечного диска (Е15-^5), 81 - из ближнего восточного (Е45-Е16), 67 - из ближнего западного (W16—W45), 40 и 47 событий - из удаленного восточного (Е91-Е46) и удаленного западного (W46—W91) секторов соответственно (рис. 1).
Следует учесть, что из центральной зоны к Земле прих
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.