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

Результаты 2014

1. Обеспечена непрерывная работа спектрографа космических лучей (КЛ) им. А.И. Кузьмина и нейтронного монитора в Полярной геокосмофизической обсерватории Тикси. Данные регистрации в режиме реального времени доступны всем заинтересованным пользователям сети Интернет на сайте Института по адресу: http://www.ysn.ru/ipm. Одновременно 1-мин измерения нейтронных мониторов передаются в международную базу данных, созданную в рамках Европейского рамочного проекта FP7 №213007 «Real-time database for high resolution Neutron Monitor measurements (NMDB)»  (Рис. 1). Обращение к базе данных позволяет оперативно оценивать качество получаемой информации и использовать ее для решения различных задач.

Рис. 1. Веб-страница международной базы данных измерений сети нейтронных мониторов (http://previ.obspm.fr/hidden3/search.php). Указаны названия станций КЛ, геомагнитные пороги обрезания R (ГВ) и высота над уровнем моря (м). Данные станции КЛ Якутск обозначены как YKTK, Тикси — TXBY.

2. С учетом генерации турбулентности в солнечном ветре модифицирована базовая модель модуляции космических лучей в гелиосфере. Предложенный механизм генерации турбулентности, обусловленный взаимодействием быстрых и медленных потоков солнечного ветра в зависимости от угла наклона нейтрального токового слоя, оправдывает основные предположения о поведении самой турбулентности в 22-летнем магнитном цикле Солнца. До 2000-го года теория корректно воспроизводит известную картину модуляции галактических космических лучей, в последующем между ними наблюдается значительное расхождение. Это обусловлено зарегистрированным уменьшением уровня турбулентности и напряженности регулярного межпланетного магнитного поля. Учет этих обстоятельств устраняет это несоответствие.

Рис. 2. Интенсивность космических лучей в зависимости от времени. Сплошная линия – измерения нейтронного монитора Оулу (Финляндия), штрих-пунктир – теория. (Герасимова С.К., Крымский Г.Ф., Кривошапкин П.А., Гололобов П.Ю., Стародубцев С.А. Модификация базовой модели гелиосферной модуляции космических лучей с учетом генерации магнитной турбулентности в солнечном ветре. // 33 Всероссийская конференция по космическим лучам. Сборник тезисов, Дубна. 11-15 августа 2014 г. С.57. 2014; Gerasimova S., Starodubtsev S., Krymsky G., Krivoshapkin P., Gololobov P., Grigoryev V. Heliospheric cosmic ray modulation by the magnetic turbulence. // 40th COSPAR Scientific Assembly. Held 2-10 August 2014 in Moscow, Russia. Abstract D1.3-48-14.; Герасимова С.К., Крымский Г.Ф., Кривошапкин П.А., Гололобов П.Ю., Стародубцев С.А. “Модификация базовой модели гелиосферной модуляции космических лучей”, принята к публикации в 2015 г. в журнал «Известия РАН. Серия физическая».).

3. На основе метода глобальной съемки установлено, что, из 25-ти геомагнитных бурь с величиной Dst-индекса менее -50 нТ, наблюдавшихся в 2012-2013 гг., в 20-ти случаях с заблаговременностью от 9 час и более до начала бури появляется устойчивая (длительностью более 3-х часов) компонента анизотропии космических лучей с амплитудой AX> 0.3%, что не наблюдается  при спокойных условиях в солнечном ветре. Сделан вывод, что такое поведение вектора анизотропии космических лучей можно рассматривать как «предиктор», приближающегося к Земле крупномасштабного возмущения солнечного ветра.

Рис. 3. Зависимость поведения проекции (AXY) вектора суточной анизотропии космических лучей в системе координат GSE на плоскость XY (а), Dst-индекса геомагнитной активности (б), скорости солнечного ветра UСВ (в) и изотропной интенсивности космических лучей δI/I (г) от времени в июне 2013 г.

4. Обнаружена асимметрия между отрицательно и положительно заряженными каплями воды при их конденсации из пара. Установленная зависимость описывается ранее предложенной моделью молекулы воды с электрическим диполем сдвинутым относительно центра. Проведенное моделирование показало существование порога пересыщения разной величины для положительно и отрицательно заряженных капель. Величины порогов пересыщения удовлетворительно согласуются с известными экспериментальными данными.

Рис. 4. Зависимость давления пересыщения водяного пара S от отношения радиуса молекулы к радиусу капли воды r/R0. Штрих-пунктирная кривая соответствует положительно заряженной капле воды, сплошная кривая — отрицательно заряженной капле.

5. Исследованы средние параметры тензорной анизотропии космических лучей по данным мировой сети нейтронных мониторов за 1964-2012 гг.. Обнаружено изменение параметров тензорной анизотропии в течение года. Установлено, что изменения в антисимметричной (R21) и в полусуточной (R22) вариациях находятся в соответствии с измерениями нейтронных мониторов и мюонных телескопов. Обнаружено отличие в среднегодовых значениях антисимметричной суточной вариации (R21). Возможной причиной этого является спектр магнитной турбулентности с показателем больше 1. Симметричная суточная вариация (R11), обусловленная векторной анизотропией за тот же период в данных нейтронных мониторов, имеет время максимума около 18 часов, тогда как по данным мюонных телескопов эта вариация характеризуется меньшей амплитудой и временем максимума около 14 часов. Это объясняется приходом космических лучей с более высоких гелиоширот.

Рис. 5. Сезонное изменение компонент векторной анизотропии R11 (а) и тензорной анизотропии R21 (б), R22 (в) космических лучей по данным измерений многонаправленного мюонного телескопа Нагоя (MT) и мировой сети нейтронных мониторов (NM). Цифрами около кривых обозначены месяцы.

6. Исследована динамика полусуточной вариации анизотропии космических лучей (R22) в периоды крупномасштабных возмущений солнечного ветра. Обнаружены события, сопровождающиеся изменением фазы полусуточной вариации на противоположную. Установлено, что такие события происходят в моменты скачков скорости солнечного ветра и из-за изменения знака ее градиента в высокоскоростных потоках.

Рис. 6. Сцепленные диаграммы полусуточной вариации анизотропии космических лучей R22 определенной с помощью метода глобальной съемки, скорость солнечного ветра U и интенсивность космических лучей δI/I в зависимости от времени в июле 2005 г. (а) и сентябре 2005 г. (б). Цифры возле точек обозначают дни месяца. Пунктирные линии показывают связь скачков скорости солнечного ветра с изменениями направлений вектора полусуточной анизотропии космических лучей.

7. Создан новый современный прибор для измерения интенсивности космических лучей — сцинтилляционный мюонный телескоп, позволяющий производить непрерывную регистрацию интенсивности КЛ из 13 различных направлений в диапазоне энергий 2-300 ГэВ. Три однотипных телескопа установлены в шахте на уровнях 7, 20 и 40 м водного эквивалента и запущены в режим опытной регистрации.

Рис. 7. Общий вид созданного сцинтилляционный мюонный телескоп.

8. Изучена зависимость степени сжатия s от скорости фронта межпланетных ударных волн VУФ для 4-х типов гелиогеоэффектов — одновременное наблюдение Форбуш–понижений интенсивности космических лучей с магнитными бурями (а); регистрация магнитных бурь без Форбуш–понижений (б); регистрация Форбуш–понижений без магнитных бурь (в) и без этих геофизических проявлений межпланетных ударных волн (г). Установлено, что характер их связи свидетельствует о том, что гелиогеоэффекты типа (а) имеют предвестником межпланетную ударную волну с максимально большими величинами физических характеристик. Такие проявления гелиогеоэффектов формируются при воздействии на магнитосферу Земли центральной области перемещающегося возмущения солнечного ветра.

Рис. 8. Зависимость степени сжатия s от скорости ударного фронта для четырёх различных типов гелиогеоэффектов.

9. С целью определения методических ошибок, возникающих при оценке потока солнечных космических лучей на основе измерений нейтронных мониторов, развит ранее разработанный «метод эффективных энергий» (Крымский и др., Письма в ЖЭТФ, 2008). Показано, что ошибка в оценке эффективного импульса (или энергии) частиц не превосходит нескольких десятков МэВ/c. Результаты полученные с помощью предложенного метода  показывают его  высокое качество и удовлетворительно согласуются с оценками других авторов.

Рис. 9. Энергетический спектр солнечных космических лучей во время вспышки 29 сентября 1989 г.. Символы — прямые измерения на космических аппаратах, заштрихованная область — результаты расчетов по измерениям сети нейтронных мониторов (NM) (Lovell et. al, JGR, 1998), открытые красные кружки — результаты расчетов «методом эффективных энергий», сплошная и штриховая линии — теория (Бережко и Танеев, Письма в АЖ, 2013). Вертикальными отрезками показаны ошибки определения потока частиц предложенным методом.

10. Определены плотности отрицательных температурных коэффициентов для мюонных телескопов спектрографа космических лучей им. А.И. Кузьмина.

Рис. 10. Плотность температурных коэффициентов интенсивности мюонов в атмосфере для телескопа, установленного под землей на уровне 7 м в.э. и измеряющего интенсивность частиц, приходящих из зенита, в зависимости от глубины атмосферы.