Фоновые явления в ночной атмосфере Земли при измерении космических лучей предельно высоких энергий с помощью орбитального детектора

• Автор: Морозенко, Виолетта Сергеевна
• Шифр специальности: 01.04.23
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 141 с. : ил.

Оглавление
Введение
Глава 1 Орбитальный детектор ТУС (Трековая Установка)
1 1 Научная аппаратура детектора ТУС
1 1 1 Зеркало-концентратор
1 1 2 Блок фотодетектора
1 2 Сигнал от ШАЛ в детекторе ТУС
1 3 Длительность трека ШАЛ в детекторе ТУС
Глава 2 Метод исследования свечения ночной атмосферы с помощью орбитальных детекторов .
2 1 Научная аппаратура ИСЗ «Университетский-Татьяна»
2 1 1 Детектор ультрафиолетового излучения
2 1 2 Метод измерения интенсивности УФ излучения
2 1 3 Отбор вспышек УФ
2 2 Научная аппаратура ИСЗ «Университетский-Татьяна-2»
2 2 1 Метод измерения интенсивности УФ
2 2 2 Метод отбора и измерения вспышек
2 3 Оценка энергии, выделенной в УФ и ИК излучение во время вспышки в атмосфере
2 4 Уточненный алгоритм перехода от числа фотонов <За во вспышке к числу
фотоэлектронов в детекторе УФ
Глава 3 Результаты измерения средней интенсивности УФ и ИК в различных регионах Земли Глобальная карта яркости свечения атмосферы в УФ и ИК диапазонах
3 ] Ожидаемые источники УФ излучения в атмосфере
3 2 Регистрация полярных сияний
3 3 Деятельность человека
3 4 Рассеянный свет Луны
3 5 Собственное свечение атмосферы
Глава 4 Результаты измерения вспышек в ультрафиолете и в красном—инфракрасном диапазонах излучения
4 1 Измерение вспышек УФ на спутнике Татьяна-1
4 2 Отбор и измерение вспышек УФ и красного-инфракрасногоизл', чения на спутнике
Татьяна —2
4 2 Серии вспышек
4 3 Отношение числа фотонов в К-ИК диапазоне длин волн к числу фотонов в УФ
диапазоне
4 4 Корреляция вспышек с облачностью наблюдение вспышек в безоблачных районах
4.5. Обсуждение результатов по наблюдению вспышек
Глава 5. Применение полученных результатов в измерениях КЛ ПВЭ с помощью орбитальных детекторов
5.1. Использование данных о свечении ночной атмосферы при подготовке детектора ТУС к работе на борту спутника Ломоносов
5.1.1. Оценка фонового свечения атмосферы в детекторе ТУС
5.1.2. Оценка сигнала ШАЛ в детекторе ТУС
5.1.3. Оценка порогового значения энергии при регистрации КЛ ПВЭ детектором ТУС
5.1.4. Оценка числа ожидаемых событий
5.2. Оценка сигнала от вспышек типа «эльф» в ячейках детектора ТУС
Заключение
Слова благодарности
Список литературы
Введение
Одной из наиболее актуальных и интересных проблем астрофизики является происхождение космических лучей ультра высоких энергий (КЛ УВЭ)-с энергией Е >10|9эВ [1,2].
Источниками, способными обеспечить ускорение космических лучей до столь высоких энергий, являются внегалактические объекты такие, как: ударные волны в струях, генерируемых активными ядрами галактик; сталкивающиеся галактики; гамма всплески, образующиеся при слиянии нейтронных звезд или черных дыр [3].
Происхождение космических лучей ультра высоких энергий может быть также связано с распадом топологических дефектов, возникших в первые мгновения расширения Вселенной. При взаимодействии частиц столь высоких энергий с веществом межзвездной среды рождаются высокоэнергичные фотоны и нейтрино, которые в силу своей нейтральности распространяются по прямым линиям, сохраняя направление на источник. Заряженные частицы КЛ ПВЭ, в отличии от нейтральных частиц, испытывают незначительные отклонения магнитными полями от направление на источник [4].
Таким образом, исследование таких высокоэнергичных объектов позволяет получать сведения, как о природе источников, так и о магнитных полях, встречающихся на пути частиц космического излучения к земле. Хотя за последние десятилетия в области высоких энергий были достигнуты большие результаты в связи с постройкой гигантских ускорителей и огромных установок регистрации космических лучей, однако осталось много нерешенных вопросов в области самых высоких энергий. Максимально достигнутая на современных ускорителях область энергии взаимодействия заканчивается при энергиях Е ~ 1016 эВ, т.е. на области сверхвысоких энергий. Поэтому проверка справедливости математических моделей связанных с частицами предельно высоких энергий и взаимодействия при таких энергиях возможна лишь в космических лучах. Регистрация
Здесь представлена доля числа фотонов в ячейках от полного числа фотонов флуоресценции ШАЛ, пришедших к зеркалу ТУС (2500 фотонов). Слева - идеальное зеркало ТУС, справа - реальное зеркало ТУС (Е0 = ЮОЭэВ, в = 75°).
1.3. Длительность трека ШАЛ в детекторе ТУС
Важными характеристика сигнала ШАЛ в орбитальном детекторе, является длительность ливня в отдельных ячейках фотодетектора, а также длительность всего события типа ШАЛ в целом.
Длительность сигнала ШАЛ в детекторе ТУС зависит от зенитного угла диска ливня 0. Для горизонтальных ливней (0=90°) флуоресцирующий диск частиц ШАЛ движется в поле зрения ячейки в течение времени t = d/c (d -размер ячейки в атмосфере, с - скорость света). Для расстояния между детектором и диском частиц ШАЛ, принятым равным высоте орбиты, Я-500 км длительность этого сигнала составляет около ? =12 мкс, а временной профиль трека ШАЛ повторяет каскадную кривую с максимумом (рисунок
1.1 а,б). Результаты расчета каскадной кривой для заданной энергии первичной частицы и для различных зенитных углов представлен в таблице
1.3. Там же представлена длина каскада на уровне полвины числа частиц в максимуме Lj/2 . Чтобы получить длительность сигнала Т/ 2 надо разделить ее на скорость света.
Особенностью сигнала, регистрируемого орбитальным детектором, является увеличение его длительности по сравнению с его реальной длительностью, представленной в таблице 1.3, в случае возникновения компоненты скорости движения источника сигнала «от детектора». В случае движения источника сигнала полностью против направления на детектор сигнал в детекторе в два раза длиннее истинного. Из таблицы 1.3 видно, что длительности сигнала ШАЛ (на половине величины сигнала в максимуме) ожидаемые в орбитальном детекторе составляют 20-100 мкс.