ФГБУН ФИЦ «Якутский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук»
Институт космофизических исследований и аэрономии им. Ю.Г. Шафера
Сибирского отделения Российской академии наук
ИКФИА СО РАН

Модуляция космических лучей солнечным ветром:

1. На основе измерений ионизационной камеры АСК-1 установлено, что направление вектора анизотропии космических лучей с энергией E~60 ГэВ испытывает квазипериодические изменения с периодом 22 года (Рис. 1). Показано, что основной физической причиной такого поведения анизотропии является изменение направления дрейфа космических лучей на противоположное в цикле солнечной активности, обусловленное сменой полярности общего магнитного поля Солнца.

Рис. 1. Угол между вектором анизотропии космических лучей и направлением Солнце-Земля в зависимости от времени. Приведены результаты измерений ионизационной камеры АСК-1 (Якутск); красные точки соответствуют периодам времени с положительной полярностью общего магнитного поля Солнца, синие – отрицательной. (Крымский и др., 2009, Письма в АЖ).

2. Для объяснения природы происхождения форбуш-понижений космических лучей с жестким энергетическим спектром, наблюдаемым, главным образом, в минимуме солнечной активности предложена модель поршневой ударной волны, возникающей в результате резкого скачка скорости солнечного ветра в окружающем спиральном магнитном поле. В рамках модели рассчитана глубина модуляции космических лучей с энергиями 9.4 и 40 ГэВ, измеряемыми нейтронным мониторам и мюонным телескопом, расположенным на поверхности Земли. Сравнение теоретических расчетов с экспериментальными данными показывает хорошее соответствие. (Рис. 2).

Рис. 2. Зависимость глубины модуляции космических лучей различных энергий от скорости фронта ударной волны VS для минимума солнечной активности. Точки – наблюдаемая средняя амплитуда форбуш-понижений, жирная вертикальная линия — наблюдаемая средняя скорость ударного фронта в минимуме солнечной активности.

3. На основе измерений интенсивности космических лучей, выполненных на мировой сети нейтронных мониторов, Якутском спектрографе и на космических аппаратах показано, что 23 цикл солнечной активности характеризуется значительно более низким уровнем турбулентности межпланетного магнитного поля по сравнению с 3-мя предыдущими, что проявляется в более жестком энергетическом спектре эффектов Форбуша в 23-м цикле (Рис. 3).

Рис. 3. Среднегодовые числа солнечных пятен (а), показатель энергетического спектра форбуш-понижений по данным нейтронных мониторов (б) и мюонных телескопов (в) в 20-23 циклах солнечной активности.

4. На основе ранее разработанной базовой теории гелиосферной модуляции КЛ (Крымский Г.Ф. и др. // ЖЭТФ. 2007. Т.131. Вып.2. С.214-221.) выполнены расчеты ожидаемой в 20-23 циклах солнечной активности интенсивности космических лучей в области энергий E<1 ГэВ, которые удовлетворительно согласуются с результатами стратосферных измерений интенсивности космических лучей (Рис. 4). Показано, что 23-й солнечный цикл (1996-2009 гг.) отличается аномальными характеристиками: более низким уровнем магнитной турбулентности в солнечном ветре, более жестким спектром форбуш-понижений и аномально низкими значениями анизотропии космических лучей.

Рис. 4. Зависимость интенсивности космических лучей от времени по данным стратосферных измерений над Мурманском (сплошные кружки, порог геомагнитного обрезания Rc=0.6 ГВ) и Москвой (открытые кружки, Rc=2.4 ГВ) в 21-м (а) и 23-м (б) солнечных циклах. Линии — ожидаемая интенсивность космических лучей при k=5 (а) и при k=15 (б), где k — отношение напряженности регулярной компоненты к напряженности турбулентной компоненты межпланетного магнитного поля.