Г.А. БАЗИЛЕВСКАЯ, А.К. СВИРЖЕВСКАЯ, Н.С.СВИРЖЕВСКИЙ ФИАН ГАЛАКТИЧЕСКИЕ КОСМИЧЕСКИЕ ЛУЧИ И ПАРАМЕТРЫ МЕЖПЛАНЕТНОЙ ПЛАЗМЫ ВБЛИЗИ МИНИМУМОВ СОЛНЕЧНОЙ АКТИВНОСТИ

Мотивация Необычайно длительный и глубокий минимум 23/24 циклов солнечной активности привел к 2 эффектам в галактических космических лучах: 1.Самый высокий уровень интенсивности за историю непрерывных наблюдений (>50 лет); 2.Необычный энергетический спектр модуляции. Интересно посмотреть, как это согласуется с современными представлениями о модуляции КЛ в гелиосфере.

Полет радиозонда в Антарктиде Нейтронный монитор

Переходные кривые космических лучей в атмосфере Земли. Наиболее показательной и точной характеристикой для изучения модуляционных эффектов являются потоки частиц в максимуме переходной кривой.

Свиржевский Н.С. Временные и пространственные вариации заряженного излучения в атмосфере Земли. -Диссертация на соискание ученой степени доктора физ.-мат. наук. М., ФИАН, 2002, 292 с km

пятен Цикл 19 Цикл 23

September 29, 2009: "In 2009, cosmic ray intensities have increased 19% beyond anything we've seen in the past 50 years," says Richard Mewaldt of Caltech. "The increase is significant, and it could mean we need to re-think how much radiation shielding astronauts take with them on deep-space missions."

Отрезки внизу – периоды, по которым сделана нормировка Цикл 19 Цикл 22 Цикл 21 Цикл 23

Разность 2009 г г. Переходные кривые космических лучей, Rc=0.6 ГВ. Поглощение потока частиц в атмосфере

Интегральный энергетический спектр частиц, пришедших на орбиту Земли в конце 2008-середине 2009 гг., по данным измерений в Мурманской обл., в предположении, что поток состоял из протонов и гелия. Энергия определена по поглощению частиц в атмосфере. Геометрические факторы счетчика и телескопа, зависящие от углового распределения частиц, - по отношению темпов счета одиночного счетчика и телескопа.

Usoskin Now that the Voyagers are going beyond the solar winds termination shock it is becoming clear that not all of the GCR modulation occurs inside this boundary as was once thought.

Jokipii & Thomas 1981 Наклон гелиосферного токового слоя (тилт) – полуширина широтной зоны секторной структуры. Потоки частиц меняют направление в зависимости от знака общего магнитного поля Солнца и гелиосферы (каждые ~11 лет). Частицы с противоположным знаком заряда движутся в противоположных направлениях. Дрейф проявляется в чередующихся формах максимальной интенсивности КЛ в 11-летнем цикле (пик/плато) Дрейф КЛ

Транспортное уравнение Основные процессы: Диффузия (в основном, вдоль поля) внутрь гелиосферы; Конвективный вынос из гелиосферы; Дрейф в искривленном и неоднородном магнитном поле; Адиабатическое охлаждение и сжатие вблизи фронтов ударных волн. Транспортное уравнение не включает в себя модуляцию на крупномасштабных структурах магнитосферы, которые особенно важны в периоды высокой солнечной активности.

λ Простейшее приближение: конвекционно-диффузионное уравнение: В качестве параметра модуляции использована величина λ V Zank et al., 1998

~ B5/2/( B)2

/ V

Наклон ГТС во время аномальной зависимости потоков КЛ от параметра модуляции (L/V > 0.003): Цикл мес. Цикл мес. Цикл мес. Цикл 21 Цикл 22 Цикл 23 A0

…We solved the CR transport equation numerically with a set of parameters which provide the best available fit to observations throughout the heliosphere (a boundary at 120 AU and a termination shock of the solar wind at 90 AU) during solar minimum periods in the qA

Крайнев и Калинин, Изв. РАН, сер.физ., 2011, в печати Решение транспортного уравнения с учетом диффузии и дрейфа КЛ низких (R 0.8 ГВ, сплошная кривая) и высоких (R 10 ГВ, пунктир) энергий. Не удается описать эксперимент для набора параметров, подобранных для минимумов 1987 и 1997 гг. Требуется увеличение длины свободного пробега низкоэнергичных частиц, в то время как для высоких энергий она остаётся такой же, как в «нормальных» циклах.

It was postulated that the turbulent field intensity changed linearly depending on the time from a minimum of solar cycle to a maximum and back. During the minimum its value was a fraction from the regular field equal to 1/k0 where k0 > 1 was the only free parameter of model. The total field was considered to be invariable during the whole solar cycle.

Заключение В минимуме циклов солнечной активности модуляция потоков галактических КЛ была рекордно низкой за всю историю непрерывных наблюдений КЛ, что привело к значительному увеличению потока КЛ на орбите Земли. В конце 2008 г. начался преимущественный рост потоков частиц с энергией меньше нескольких ГэВ, который был зарегистрирован в стратосферных измерениях КЛ, но слабо проявился на нейтронных мониторах на уровне моря. В 2009 г. этот дополнительный поток достиг максимальных значений ~0.1 см -2 с -1 ср -1 при Е>200 МэВ/н. Энергетический спектр потока частиц, пришедших на орбиту Земли с2008г. по 2009 г., существенно отличался от спектров частиц, приходящих на орбиту Земли в периоды других минимумов солнечной активности: 1996, 1987, 1976, 1965 гг. Во время прошлых минимумов солнечной активности наблюдалось изменение зависимости интенсивности КЛ от параметра модуляции L/V как по данным нейтронных мониторов, так и по данным баллонных измерений. В 2009 г. этот эффект наблюдался только по данным нейтронных мониторов. В отличие от прошлых циклов СА, нарушение связи КЛ с L/V произошло на фоне довольно большого угла наклона токового слоя. Хотя современные теории модуляции ГКЛ могут описать рекордный рост интенсивности в 2009 г. ( Moraal and Stoker, 2009; Heber et al., 2009; Gerasimova et al., 2011; отчасти Крайнев и Калинин, 2011), детальное теоретическое описание динамики энергетического спектра ГКЛ в период минимума между циклами 23 и 24 еще предстоит выполнить.

Спасибо за внимание!

Solar modulation domain E = ~ eV Balloon observations E > 10 8 eV Neutron monitors E > 10 9 eV PAMELA E = ~ ~ eV The shadowed area refers to spacecraft observations, but there is no constant galactic cosmic ray monitoring in this energy range.