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 2015

1. Обеспечена непрерывная работа спектрографа космических лучей (КЛ) им. А.И. Кузьмина и нейтронного монитора в Полярной геокосмофизической обсерватории Бухта 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, Бухта Тикси — TXBY.

2.С целью повышения достоверности прогноза прихода крупномасштабных возмущений солнечного ветра на основе метода глобальной съемки проведен ретроспективный анализ поведения зональных компонент изотропной части вариации интенсивности КЛ в периоды 56 больших геомагнитных бурь (Dst<-100nT) наблюдавшихся в 1997-2005 гг. Установлено, что за исследованный период резкое увеличение амплитуды зональной компоненты изотропной части распределения КЛ до величины более 0.7% часто предшествует геомагнитной буре (Рис. 2). Вероятность проявления предиктора составляет около 0.75, а время опережения до начала магнитной бури — в среднем до 10 часов. Полученные результаты указывают на то, что метод глобальной съемки может быть использован для эффективного краткосрочного прогнозирования начала больших геомагнитных возмущений.

Рис. 2. Зависимость Dst-индекса вариаций геомагнитного поля и зональных компонент C00 и C10 от времени для минимума (a) и максимума (b) солнечной активности.

3. По данным Якутского спектрографа КЛ им. А.И. Кузьмина проведены оценки показателя энергетического спектра форбуш-понижений наблюдавшихся в максимуме солнечной активности (2012-2013 гг.). Показано, что, начиная с 2013 г. спектр форбуш-понижений является более жестким по сравнению с предыдущим минимумом, что согласуется с его динамическими изменениями в 22-м цикле солнечной активности.

4. Проведены расчеты приемных векторов для мировой сети нейтронных мониторов и мюонных телескопов с учетом их диаграмм направленности и углов прихода частиц в зависимости от предполагаемых энергетических спектров векторной и тензорной анизотропии КЛ. В дальнейшем это позволит более детально исследовать поведение вектора и тензора анизотропии КЛ с магнитным циклом солнечной активности.

5. На основе схемы прохождения мюонов, рожденных при взаимодействии КЛ с атмосферой Земли, при предположении о постоянной температуре атмосферного разреза рассчитаны плотности температурных коэффициентов для вертикальных мюонных телескопов Якутского спектрографа КЛ им. А.И. Кузьмина (Рис. 3).

Рис. 3. Зависимость от глубины атмосферы плотности температурных коэффициентов для вертикальных мюонных телескопов Якутского спектрографа КЛ им. А.И. Кузьмина. Символами обозначены значения плотностей температурных коэффициентов для телескопов, установленных на уровнях 0, 7, 20 и 40 метров водного эквивалента (м в. э.), соответственно.

6. Проведен начальный этап настройки сцинтилляционных телескопов Якутского спектрографа КЛ им. А.И. Кузьмина, находящихся в опытной эксплуатации в штреках подземной шахты на уровнях 7, 20 и 40 м в.э., а также анализ данных их регистрации. Результаты проведенной работы показывают, что новые сцинтилляционные телескопы имеют темп счета в среднем на 20% выше, чем ныне действующий комплекс телескопов на газоразрядных счетчиках СГМ-14 (Рис. 4). Наблюдается удовлетворительное (в пределах 15 %) согласие между ожидаемыми и наблюдаемыми счетными характеристиками соответствующих телескопов.

Рис. 4. Зависимость от времени исправленной на давление интенсивности КЛ по данным регистрации вертикальных мюонных телескопов на сцинтилляционных (СМТ) и газоразрядных (МТ) счетчиках, установленных на уровне 20 м в.э.

7. Начаты работы по модернизации большой ионизационной камеры АСК-1 и созданию современной системы регистрации интенсивности КЛ на электронный носитель информации. Подготовлено техническое задание на электронный электрометр для камеры АСК-1 и создан его рабочий макет с полевым транзистором на входе. В настоящее время подана заявка на приобретение дорогостоящего научного оборудования в СО РАН на 2016 г. — электрометр KEITHLEY 6517B Electrometer/High Resistance Meter Part Number: 6517B, который имеет большое входное сопротивление 1016 Ом и способен регистрировать сигналы с малыми зарядами.

8. С целью прогноза космической погоды в режиме реального времени продолжены работы по усовершенствованию метода глобальной съемки и гармонического анализа данных станций Якутск и Бухта Тикси. На основе метода гармонического анализа данных спектрографа КЛ им. А.И. Кузьмина был предсказан приход 6-ти крупномасштабных возмущений солнечного ветра на орбиту Земли в 2015 г. (Рис. 5 и 6).

Рис. 5. Компонента Аxy анизотропии (вверху) и интенсивность КЛ (внизу) в зависимости от времени по измерениям нейтронного монитора в Якутске. Векторы красного цвета соответствуют прогнозу прихода на орбиту Земли в течение 1 суток крупномасштабного возмущения солнечного ветра.
Рис. 6. То же самое по измерениям вертикального мюонного телескопа на газоразрядных счетчиках, установленного в Якутске на уровне 0 м в.э.

. На основе данных мировой сети нейтронных мониторов методом глобальной съемки исследованы переходные процессы, связанные с взаимодействием быстрых и медленных потоков солнечного ветра. За период 1990-2012 гг. установлены параметры тензорной анизотропии КЛ (антисимметричная суточная R21 и симметричная полусуточная R22 составляющие тензора анизотропии КЛ). В 38-ми случаях с началом прихода ударной волны на Землю обнаружены необычные амплитудно-фазовые колебания R21 и R22, которые заключаются в резком повороте R21 на 90°, а R22 на 180° (Рис. 7). Возможной причиной такого явления является образование магнитной пробки при скачках величины межпланетного магнитного поля, в результате которой внутри регулярного магнитного поля образуется ловушка для КЛ.

Рис. 7. Векторная диаграмма составляющих тензорной анизотропии R21 (а) и R22 (б) в июле 2005 г. и зависимость от времени изотропной интенсивности КЛ (δI/I), скорости солнечного ветра (V), модуля межпланетного магнитного поля (B) и Dst-индекса геомагнитной активности за тот же период (в). На часовом циферблате цифрами указаны дни месяца. Синим цветом показано поведение различных параметров до регистрации межпланетной ударной волны (пунктирная линия), красным — после.