КОСМИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ, 2007, том 45, № 4, с. 392-396
КРАТКИЕ СООБЩЕНИЯ
УДК 537.591.5
ВОЗРАСТАНИЯ ИНТЕНСИВНОСТИ ПРОТОНОВ 200-2000 МэВ В 1997-2005 ГОДАХ ПО ДАННЫМ KET/ ULYSSES
© 2007 г. А. Б. Струминский
Институт космических исследований РАН, г. Москва Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн РАН, г. Троицк
astrum@ iki. rssi .ru Поступила в редакцию 20.09.2006 г.
PASC: 96.50.S-; 96.50.sh ; 96.50.Vg ; 96.50. Wx
Наблюдения солнечных протонов с энергией 40-80 МэВ в различных точках трехмерной гелио-сферы в 1997-2003 годах на борту КА ULYSSES обсуждались в работах [1-3]. Согласно предложенной в [1] интерпретации источник солнечных космических лучей (СКЛ) имеет размер более чем 120° как по солнечной широте, так и по долготе, длительность его работы достигает нескольких часов. Если магнитная силовая линия связывает наблюдателя с источником, то на фазе роста (первые 30-50 часов) наблюдаемая интенсивность соответствует некоторому локальному источнику, а в межпланетном пространстве существуют большие пространственные градиенты СКЛ. На фазе спада, когда пространственные градиенты малы или отсутствуют ("эффект резервуара," [4]), интенсивность определяется полным числом протонов, инжектированных в гелиосферу, и скоростью их выхода из резервуара [1].
В работе [2] были отмечены возрастания интенсивности протонов вблизи эклиптики, зарегистрированные КА ULYSSES, когда магнитного соединения с источником не было, а частицы распространялись до благоприятной силовой линии только за счет поперечной диффузии в ММП. При этом, возрастания интенсивности над фоном были минимальны или отсутствовали, а "эффект резервуара" не наблюдался. Напротив, во всех событиях рассмотренных в [3], протоны 40-80 МэВ инжектировались в полярные области симметрично относительно экватора с малой постоянной интенсивностью, при этом долготной зависимости не обнаружено.
В предлагаемой работе впервые рассматриваются наблюдения солнечных протонов с помощью самого высокоэнергичного дифференциального канала KET/ULYSSES 200-2000 МэВ. При таких энергиях протонов возрастание относительно фона мало (менее 10 раз) и для анализа СКЛ необходимо учитывать модуляцию фона галактических космических лучей (ГКЛ). Диапазон 200-2000 МэВ соответствует со стороны высоких энергий поляр-
ным нейтронным мониторам (НМ), а со стороны малых энергий каналу 165-500 МэВ протонного детектора GOES. Модуляция ГКЛ по данным KET/ULYSSES и наблюдениям вблизи Земли в 19952001 годах исследовалась в [5-6], более поздний период 2002-2005 рассматривается здесь впервые.
Солнечные протонные события (СПС), сопровождающиеся наземными возрастаниями (GLE) интенсивности СКЛ, выделяются своим спектром и максимальной энергией, а условия их наблюдения полярными НМ определяются фоном ГКЛ. Некоторые особенности таких событий обсуждаются в [7]. В работе [8] высказано предположение о том, что для наблюдения GLE необходимо пересечение ударной волной силовой линии, идущей к Земле, а высокий фон является одним из благоприятных условий наблюдения. Согласно гипотезе [9] геометрия ударной волны является одним из главных параметров, ответственным за многообразие СПС вблизи Земли. Наблюдения в различных точках трехмерной гелиосферы позволяют проверить эти предположения. Также интересно проверить выводы [1-3] для более высокоэнергичного канала.
РЕЗУЛЬТАТЫ НАБЛЮДЕНИЙ
На рис. 1а сравниваются временные профили интенсивности солнечных протонов в канале 200-2000 МэВ KET/ULYSSES и темп счета НМ Оулу. Причем принципиально важно, что здесь и далее сравниваются среднечасовые значения без какого-либо сглаживания. Цифры рядом с возрастаниями на рис. 1 соответствуют номерам событий в таблице, которые зарегистрированы приборами ULYSSES и наземными детекторами. Отметим, что возрастание на ULYSSES в событии 7.IX.2005 задает масштаб по вертикальной оси на рис. 1а. Видно, что амплитуда короткопериодиче-ских вариаций фона ГКЛ и амплитуда его 11-летней модуляции значительно больше по данным ULYSSES, чем по данным НМ Оулу (сказывается
счет НМ Оулу 15000
13000
11000
9000 h
7000
5000 -
3000 -
1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 Рис. 1
различие в геометрических размерах и энергетических диапазонах приборов). Поэтому для сравнения событий в максимуме солнечной активности мы используем данные протонного детектора GOES 165-500 МэВ (рис. 16). Возрастание по данным GOES в день Бастилии (14 июля 2000 г.) определяет масштаб по вертикальной оси на рис. 16.
Темп счета в канале 200-2000 МэВ был нормирован к интенсивности протонов 165-500 МэВ, измеренной GOES в мае-июне 2001 года, когда
оба КА были примерно на расстоянии 1 а. е. от Солнца в плоскости эклиптики, согласно формуле Unorm = (59 U + 5) • 10-4(см2 с ср МэВ)-1. Эта формула учитывает различный собственный шум детекторов, а также радиальный градиент космических лучей на уровне 2%/а. е., наблюдавшийся в плоскости эклиптики в 1997 г. [5]. В таблице 1 и на рис. 16, 2 и 3 представлены интенсивности в абсолютных единицах GOES. Такая нормировка дает совпадающие значения интенсивности солнеч-
394
Таблица 1
СТРУМИНСКИИ
№ Дата Источник № ULYSSES GOES
(день года) UT Коорд. GLE A B C 71 72 фон max фон max
1 14.VII.00 (196) 10.03 N22W07 59 3.2 N63 245 2 12 0.0012 0.0022 0.0011 1.2
2 15.IV.01 (105) 13.19 S20W84 60 1.4 S14 126 3 24 0.0011 0.0016 0.0010 0.57
3 18.IV.01 (108) 02.11 ?W120 61 - - - 1 14 0.0013 0.0024 0.0020 0.04
4 18.VI.01 (170) ? ? нет 1.4 N32 70 ? 2 0.0013 0.0015 0.0013 1.5е-3
5 20.VI.01 (171) ? ? нет - - - ? 6 0.0013 0.0019 0.0013 -
6 15. VIII.01 (227) 23.54 ?W180 нет 1.6 N63 36 1 14 0.0013 0.0025 0.0014 0.05
7 4.XI.01 (308) 16.03 N06W18 62 2.2 N77 65 5 11 0.0013 0.0017 0.0013 0.22
8 26.XII.01 (360) 04.32 N08W54 63 2.5 N67 42 1 5 0.0014 0.0024 0.0012 0.09
9 28.X.03 (301) 09.53 S16E08 65 5.2 N06 120 17 3 0.0016 0.0024 0.0011 0.24
10 7.IX.05 (250) 17.17 S06E89 нет 4.8 S29 178 4 32 0.0018 0.0055 0.0015 0.02
А - гелиоцентрическое расстояние, а. е.; В - гелиографическая широта, С - солнечная долгота относительно Земли; Т1 - время распространения, часы; Т2 - время роста интенсивности до максимума, часы; фоновая и максимальная интенсивность, (см2 с ср МэВ)-1.
ных протонов для обоих детекторов в 170 день 2001 года, когда КА аппараты были расположены недалеко друг от друга. Однако при такой нормировке не удается получить согласия между детекторами GOES и ULYSSES в конце 1990 и начале 1991 г.
ОБСУЖДЕНИЕ
Интенсивность протонов с энергией >250 МэВ [5] и >2ГэВ [6] по данным ULYSSES сравнивалась с темпом счета защиты КА IMP и данными мировой сети НМ. Согласно оценкам [5] радиальный градиент космических лучей был на уровне 2.2 %/а. е. в 1997 и вырос до 3.5%/а. е в 2000 году, а широтный градиент отсутствовал. Авторами [6] сделан вывод о том, что глубина модуляции в высоких широтах гелиосферы значительно больше, чем в плоскости эклиптики. Однако в [6] не смогли разделить пространственные градиенты и временные вариации в 2001-2002 г. Сравнение временных профилей на
рис. 2 показывает, что интенсивности протонов в эклиптике (a) и в полярных областях (б) одинаковы, а глобальные широтные и радиальные градиенты отсутствовали вплоть до второй половины 2002 г. (рис. 16). Значительные широтные и радиальные градиенты наблюдались только в момент локальной модуляции КЛ вблизи Земли (аналог эффект Форбуша в межпланетном пространстве). Следовательно, глубина модуляции КЛ в 11-летнем цикле определяется только интенсивностью в минимуме цикла солнечной активности в данной точке. Отметим, что события 1997, 1998, января 2005 г., сопровождавшиеся GLE и зарегистрированные каналами ULYSSES низких энергий, скорее всего, просто были не видны в канале 200-2000 МэВ при высоком фоне ГКЛ.
Вблизи эклиптики на 1 а. е. можно выделить элементарные события, которые выглядят одинаково как на GOES, так и на ULYSSES или наблюдаются только на одном КА (нижняя панель рис. 2а). Длительность минимального события в 170 день
I, (см2с ср МэВ)-1 0.0030
0.0025
0.0020
0.0015
0.0010 0.00200
0.00175
0.00150
0.00125
0.00100
0.0025
0.0020
0.0015
0.0010 0.0025
0.0020
0.0015
0.0010
130 135 140 145 150 155 160 165 170 175 180
186 190 194 198 202 206 210 214
Рис. 2. Максимальные возрастания GOES вне масштаба рисунка и их величины показаны цифрами.
0.006
U 0.005 В)
э
& 0.004 с
,I 0.003
0.002
250
252
Дни 2005 г. 254 256
258
260
1 \17.30 UT iiii KET/ULYSSES 200-2000 МэВ
возрастание от вспышек 7.IX.05
- ^^возрастание от вспышек 28.X.03
^11.00 UT i i i
302
304 306 Дни 2003 г.
308
310
Рис. 3. Ось времени смещена так, чтобы совпало начало флэш-фазы родительских вспышек (вертикальная линия).
2001 г. составила 8 часов, что соответствует угловому размеру источника по долготе ~5° и линейному размеру ~0.02 а. е. (широтный не менее 32°). Возможно, это импульсные события, в которых ускорялись протоны до энергий более 200 МэВ и происходила мгновенная точечная инжекция в межпланетное пространство. ULYSSES находился в неблагоприятном положении для наблюдения событий 15 и 18.IV.2001, поэтому зарегистрированная им интенсивность была значительно меньше, чем вблизи Земли.
На больших гелиоцентрических расстояниях ULYSSES зафиксировал всего два события в канале 200-2000 МэВ, которые показаны на рис. 3. В октябре-ноябре 2003 г. низкий фон ГКЛ и сложение
потоков частиц, по крайней мере, от двух источников (GLE) (65 и 66) в одно возрастание стали благоприятными факторами. Второй случай, событие 7.1X^005, представляется уникальным по своей максимальной интенсивности и очень быстрому приходу частиц. Возможно, предыдущие залимбовые события создали условия для распространения частиц практически без рассеяния вдоль слабо искривленных силовых линий. По всей видимости, это наиболее мощное протонное событие 23 цикла солнечной активности. Результатам детального исследования события 7.1X^005 г. в будущем предполагается посвятить отдельную работу.
396
СТРУМИНСКИЙ
В работе [2] было рассмотрено восемь событий, наблюдавшихся в полярных областях гелио-сферы при эне
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.