Динамика энергетического спектра солнечно-суточных вариаций интенсивности космических лучей в 22–25 циклах солнечной активности

Непрерывно наблюдаемые наземными детекторами галактических космических лучей периодические 24-часовые колебания интенсивности называются солнечно-суточными вариациями. Природа  этих  вариаций  заключается  в  существовании  в  межпланетной  среде  анизотропного пространственного  распределения  галактических  космических  лучей,  которая  возникает  в процессе  взаимодействия  этих  частиц  с  гелиосферой.  Считается,  что  физическими  факторами, ответственными  за  наблюдаемую  анизотропию  галактических  космических  лучей,  являются процессы  конвекции,  диффузии  и  их  дрейфа.  Сочетание  этих  факторов  определяет  основные параметры  солнечно-суточных  вариаций,  такие  как  амплитуда,  фаза  и  энергетический  спектр. Для  исследования  энергетического  спектра  солнечно-суточных  вариаций  использованы  данные измерений мюонных телескопов Якутского спектрографа космических лучей им. А. И. Кузьмина и станции Нагоя (Япония). Подход к исследованию основан на идее метода скрещенных телескопов, изначально  предназначенного  для  учета  температурного  эффекта.  Из-за  разницы  приемных характеристик скрещенных северных и южных направлений вышеуказанных мюонных телескопов регистрируемые ими вариации интенсивности чувствительны к изменению энергетического спектра солнечно-суточных вариаций. Это свойство использовано для оценки динамики энергетического спектра солнечно-суточных вариаций за 22–25 циклов солнечной активности. Анализ полученных данных  показал,  что  в  последнем  минимуме  солнечной  активности  в  2018–2021  гг.  наблюдалась аномально ранняя фаза солнечно-суточных вариаций. Для исследования этого явления проведено моделирование отношения и разности фаз пары северных и южных скрещенных направлений для обоих мюонных телескопов при различных видах и значениях энергетического спектра солнечно-суточных  вариаций.  Сопоставление  модельных  расчетов  и  наблюдательных  данных  позволило установить, что в периоды минимумов солнечной активности в положительной полярности общего магнитного поля Солнца наблюдается существенное смягчение энергетического спектра солнечно-суточных вариаций. Обсуждаются причины обнаруженного явления.

1. Hall DL, Duldig ML, Humble JE. Cosmic-ray modulation parameters derived from the solar diurnal variation. Apstophys. J., 1997;482(2):1038-1049. DOI: 10.1086/304158.

2. Munakata K, Kozai M, Kato C, et al. Long-term variation of the solar diurnal anisotropy of galactic cosmic rays observed with the Nagoya multi-directional muon detector. Astrophys. J., 2014;791(22). DOI: 10.1088/0004-637X/791/1/22.

3. Крымский, Г. Ф. Диффузионный механизм суточных вариаций галактических космических лучей / Г. Ф. Крымский // Геомагнетизм и аэрономия. – 1964. – Т. 4. – С. 763–769.

4. Скрипин, Г. В. 22-летние вариации суточной анизотропии космических лучей / Г. В. Скрипин, В. П. Мамрукова // Изв. РАН. Сер. физ. – 1993. – Т. 57. – № 7. – С. 51–54.

5. Krymsky GF, Krivoshapkin PA, Mamrukova VP, et al. 11-year and 22-year variations in the anisotropy of galactic cosmic rays. Bull. Russ. Acad. Sci. Phys., 2007;71(7):971–973.

6. Ahluwalia HS, Riker JF. Secular changes in the upper cut-off rigidity of the solar diurnal anisotropy of cosmic rays. Planet. Space Sci., 1987;35(1):39-43. DOI: 10.1016/0032-0633(87)90142-5.

7. Pomerantz MA, Duggal SP. The cosmic ray solar diurnal anisotropy. Space Sci. Rev., 1971;12:75-130. DOI: 10.1007/BF00172130.

8. Ahluwalia HS. A correlation between IMF and the limiting primary rigidity for the cosmic ray diurnal anisotropy. Geophys. Res. Lett., 1992;19(6):633-636. DOI: 10.1029/92GL00525.

9. Крымский, Г. Ф. Распределение космических лучей и приемные векторы детекторов. I. / Г. Ф. Крымский, А. М. Алтухов, А. И. Кузьмин [и др.] // Геомагнетизм и аэрономия. – 1966. – Т. 6. – № 6. – С. 991–996.

10. Дорман, Л. И. Вариации космических лучей / Л. И. Дорман. – Москва : Гостехиздат, 1957. – 492 с.

11. Скрипин, Г. В. Изучение анизотропии космических лучей методом скрещенных телескопов / Г. В. Скрипин, П. А. Кривошапкин, Г. Ф. Крымский, В. А. Филиппов // Геомагнетизм и аэрономия. – 1965. – Т. 5. – № 5. – С. 817–825.

12. Скрипин, Г. В. Исследование анизотропии космических лучей методом скрещенных телескопов: дисс. ... к. ф.-м. н. / Скрипин Григорий Васильевич. ‒ Якутск, 1965. ‒ 184 с.

13. http://ysn.ru/ipm/yktMT00/ (дата обращения 13.11.2023)

14. http://cosray.shinshu-u.ac.jp/crest/DB/Documents/Docs/DetectorDescription_NGY.pdf (дата обращения 13.11.2023)

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

16. Munakata K, Mizoguchi Y, Kato C, et al. Solar cycle dependence of the diurnal anisotropy of 0.6 TeV cosmic-ray intensity observed with the Matsushiro underground muon detector. Apstophys. J., 2010;712(2):1100. DOI: 10.1088/0004-637X/712/2/1100.

17. Крымский, Г. Ф. Энергетические характеристики анизотропии галактических космических лучей / Г. Ф. Крымский, П. А. Кривошапкин, С. К. Герасимова [и др.] // Изв. РАН. Сер. физ. – 2003. – Т. 67. – № 4. – С. 492–495.

18. Крымский, Г. Ф. Северо-южная асимметрия гелиосферы по наблюдениям космических лучей / Г. Ф. Крымский, П. А. Кривошапкин, В. П. Мамрукова, С. К. Герасимова // Письма в АЖ, 2009. – Т. 35. – № 5. – С. 372–376.

19. Virtanen II, Mursula K. Asymmetry of solar polar fields and the southward shift of HCS observed by Ulysses, JGR, 2010;115, A09110.