Временной ход полусуточных вариаций интенсивности космических лучей по данным наземных детекторов за 1971-2021 гг

Регистрируемые наземными детекторами галактические космические лучи (КЛ) по пути своего распространения подвергаются воздействию основного воздействующего фактора - солнечного ветра, заполняющего всю гелиосферу. Модуляция космических лучей гелиосферой приводит к образованию их анизотропного пространственно-углового распределения в межпланетном пространстве. В данных наземных детекторов КЛ такая анизотропия проявляет себя вследствие вращения Земли вокруг своей оси в виде периодических суточных колебаний регистрируемой интенсивности. Параметры таких колебаний определяются состоянием солнечной активности (СА) и соответствующими изменениями крупномасштабной структуры. Как правило, амплитуда подобных колебаний мала и составляет лишь сотые доли от общего потока КЛ. Однако анизотропия КЛ служит важным источником информации о свойствах и структуре всей гелиосферы. Существующая на сегодня картина модуляции КЛ в гелиосфере предполагает существование их избытка с направлений поперек силовых линий межпланетного магнитного поля (ММП). Экспериментальные данные подтверждают такую картину, и в среднем максимум колебаний наблюдается как раз в 3 и 15 ч по местному времени. Учитывая, что направление силовых линий поля сохраняется почти неизменным, справедливо ожидать, что указанное выше время максимума должно оставаться также неизменным. Однако длительные наблюдения показали, что в зависимости от уровня СА время максимума может существенно смещаться на раннее время. Данная работа представляет собой попытку объяснения наблюдаемых амплитудно-фазовых колебаний полусуточных вариаций интенсивности КЛ. На основе актуальных представлений о взаимодействии КЛ с атмосферой Земли и геомагнитным полем проведены расчеты ожидаемых полусуточных вариаций интенсивности КЛ, регистрируемых мировыми сетями мюонных детекторов и нейтронных мониторов. Сопоставление расчетных и наблюдательных данных показало, что наблюдаемое смещение возможно объяснить динамикой энергетического спектра полусуточных вариаций КЛ. Полученный результат подтверждает и дополняет полученные ранее другими авторами результаты, а также ее можно рассматривать как указание для дальнейшего развития теории гелиосферной модуляции КЛ.

космические лучи, полусуточные вариации, анизотропия КЛ, энергетический спектр, межпланетное магнитное поле, мюонный телескоп, нейтронный монитор, солнечная активность, гелиосфера, вторичные КЛ, атмосфера

1. King, J. H. Solar wind spatial scales in and comparisons of hourly Wind and ACE plasma and magnetic field data / J. H. King, N. E. Papitashvili // Journal of Geophysical Research. - 2005. - V. 110. - № A02104. - P. 1-8.

2. Subramanian, G. Consequences of the distribution of galactic cosmic-ray density in the solar system / G. Subramanian, V. Sarabhai // The Astrophysical Journal. - 1967. - V. 149. - P. 417-428. doi: 10.1086/149266.

3. Quenby, J. J. The second harmonic of the cosmic ray daily variation / J. J. Quenby, B. Lietti // Planetary and Space Science. - 1968. - V. 16. - P. 1209-1219. doi: 10.1016/0032-0633(68)90027-5.

4. Sarabhai, V. Anisotropy of galactic cosmic rays and the interplanetary magnetic field / V. Sarabhai, G. L. Pai, M. Wada // Nature. - 1965. - V. 206. - P. 703-704. doi: 10.1038/206703a0.

5. Sarabhai, V. Galactic cosmic rays in the solar system / V. Sarabhai, G. Subramanian // The Astrophysical Journal. - 1966. - V. 145. - P. 206-214.

6. Nagashima, K. Three-dimensional cosmic ray anisotropy in interplanetary space. Part III - Origin of Cosmic Ray Solar Semidiurnal Variation / K. Nagashima, H. Ueno, K. Fujimoto [et al] // Report of ionosphere and space research in Japan. - 1972. - V. 26. - P. 1-30.

7. Nagashima, K. Three-dimensional cosmic ray anisotropy in interplanetary space. Part IV - Origin of Solar Semidiurnal Variation / K. Nagashima, K. Fujimoto, Z. Fujii [et al.] // Report of ionosphere and space research in Japan. - 1972. - V. 26. - P. 31-68.

8. Krivoshapkin, P. A. The second spherical harmonics in the distribution of cosmic rays / P. A. Krivoshapkin, G. F. Krymsky, A. I. Kuzmin [et al.] // Acta Physica Academiae Scientiarum Hungaricae. - 1970. - V. 29. - P. 147-151.

9. Дорман, Л. И. Вариации космических лучей: монография / Л. И. Дорман. - Москва : Гостехиздат. - 1957. - 492 С.

10. Nuntiyakul, W. Latitude survey investigation of galactic cosmic ray solar modulation during 1994-2007 / W. Nuntiyakul, P. Evenson, D. Ruffolo [et al.] // The Astrophysical Journal. - 2014. - V. 795:11. - Issue 5. - 13 pp. doi:10.1088/0004-637X/795/1/11.

11. Крымский, Г. Ф. Модель генерации мюонов в земной атмосфере / Г. Ф. Крымский, П. А. Кривошапкин, В. Г. Григорьев // Геомагнетизм и аэрономия. 2011. - Т. 51. - №5. - С. 716-720.

12. Алексаньян, Т. М. Экспериментальные исследования геомагнитных эффектов в космических лучах и спектр эффекта возрастания перед магнитными бурями / Т. М. Алексаньян, И. В. Дорман, Л. И. Дорман [др.] // Известия АН СССР. Серия физическая, журнал. - 1982. - Т. 46. - №9. - С. 1689-1691.

13. Fujimoto, K. Coupling coefficients of the cosmic ray variations for meson telescopes / K. Fujimoto, S. Yasue, I. Kondo, K. Nagashima // Proceedings of 15th International Cosmic Ray Conference. Budapest, Bulgaria. - 1977. - V. 4. - P. 321-325.

14. Murakami, K. Response functions for cosmic-ray muons at various depths underground / K. Murakami, K. Nagashima, S. Sagisaka [et al.] // Il Nuovo Cimento. - 1979. - V. 2 C. - No. 5. - P. 635-651.

15. Дорман, Л. И. Космические лучи в магнитном поле Земли : монография / Л. И. Дорман В. С. Смирнов, М. И. Тясто. - Москва : Наука. - 1971. - 400 С.

16. Smart, D. F. Magnetospheric models and trajectory computations / D. F. Smart, M. A. Shea, E. O. Flückiger // Space Science Reviews. - 2000. - V. 93. - P. 305-333. doi: 10.1023/A:1026556831199.

17. Крымский, Г. Ф. Распределение космических лучей и приемные векторы детекторов. I / Г. Ф. Крымский, А. И. Кузьмин, Н. П. Чирков [и др.] // Геомагнетизм и аэрономия. - 1966. - Т. 6. - № 3. - С. 991-996.

18. Крымский, Г. Ф. Распределение космических лучей и приемные векторы детекторов. II / А. И. Кузьмин, Н. П. Чирков, П. А. Кривошапкин [и др.] // Геомагнетизм и аэрономия. - 1967. - Т. 7. - № 1. - С. 11-15.

19. Smith, C. W. Solar cycle variations of the interplanetary magnetic field spiral / C. W. Smith, J. W. Bieber // The Astrophysical Journal. - 1991. - V. 370. - P. 435-441.

20. Космические лучи и солнечный ветер: монография / Г. Ф. Крымский А. И. Кузьмин, П. А. Кривошапкин [и др.] - Новосибирск : Наука. - 1981. - 224 с.

21. Zusmanovich, A. G. Energy Spectrum of the Semidiurnal Variation of Cosmic Rays / A. G. Zusmanovich, L. A. Mirkin // Proc. 18Th ICRC. - 1983. - P. 333-336.

22. Ahluwalia, H. S. Cosmic ray solar semidiurnal anisotropy. 1. Treatment of experimental data / H. S. Ahluwalia, M. M. Fikani // Journal of Geophysical Research. - 1996. - V. 101. - No. A5. - P. 11075-11085.