Космические лучи в магнитосфере Земли как фактор космической погоды

• Автор: Данилова, Ольга Александровна
• Шифр специальности: 01.03.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 134 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1 МЕТОДЫ ПРОСЛЕЖИВАНИЯ ТРАЕКТОРИЙ ДЛЯ РАСЧЕТОВ ЖЕСТКОСТИ ГЕОМАГНИТНОГО ОБРЕЗАНИЯ КОСМИЧЕСКИХ ЛУЧЕЙ В РЕАЛЬНЫХ МАГНИТНЫХ ПОЛЯХ МАГНИТОСФЕРЫ
1.1 Метод прослеживания траекторий
1.1.1 Характеристики заряженных частиц в магнитном поле
1.1.2 Магнитосфера Земли
1.1.3 Магнитные бури
1.1.4 Индексы геомагнитной активности Dst и Кр
1.1.5 Главное магнитное поле Земли от внутренних источников. Коэффициенты Гаусса
1.1.6 Движение заряженных частиц в магнитном поле Земли и численные методы расчета их траекторий
_ 1.2 Описание моделей магнитного поля магнитосферы Цыганенко 1989,1996,2003 и 2005 гг
1.2.1 Модели магнитного поля магнитосферы
1.2.2 Модель Цыганенко 1989 г
1.2.3 Модель Цыганенко 1996 г
1.2.4 Модели Цыганенко TsOl (2003 г.) и Ts04 (2005 г.) для сильно возмущенной магнитосферы
ГЛАВА 2 РАСЧЕТЫ ЖЕСТКОСТИ ГЕОМАГНИТНОГО ОБРЕЗАНИЯ В МИНИМУМЕ
СОЛНЕЧНОГО ЦИКЛА ВДОЛЬ МАРШРУТА АНТАРКТИЧЕСКОЙ ЭКСПЕДИЦИИ
| 2.1 Широтный эффект в космических лучах
щ 2.1.1 Важность получения точных данных широтных исследований КЛ
I’ 2.1.2 Широтные исследования: маршрут и основные результаты
2.1.3 Эффективные жесткости обрезания КЛ для разных зенитных и азимутальных углов
ц прихода частиц КЛ в точки местонахождения судна вдоль маршрута
- 2.2 Влияние угла наклона прихода космических лучей на их пороговые жесткости
*' ;,,2-3 Спектр и.ширина пенумбры для наклонно падаюцщх;КЛ!ш£'::
* ; 2.4 Истинные жесткости обрезания вдоль маршрута корабля и функции связи
2.4.1 «Истинные» жесткости обрезания и их расчет
2.4.2 Расчеты истинных жесткостей обрезания в реальном геомагнитном поле вдоль маршрута корабля из Антарктики в Италию с учетом результатов траекторных расчетов для наклонных направлений
ГЛАВА 3 МАГНИТОСФЕРНЫЙ ЭФФЕКТ КОСМИЧЕСКИХ ЛУЧЕЙ В ПЕРИОД ГЕОМАГНИТНЫХ БУРЬ, НАБЛЮДАВШИХСЯ НА РАЗНЫХ ФАЗАХ СОЛНЕЧНОГО ЦИКЛА
3.1 Исследование геомагнитных порогов в период трех умеренных магнитных бурь в минимуме и на фазе подъема солнечной активности
3.1.1 Расчеты жесткостей обрезания КЛ в магнитном поле моделей Ц89 и Ц96 для умеренно возмущенных условий
3.1.2 Изменения эффективных жесткостей обрезания и их связь с межпланетными
Щ параметрами
‘; 3.1.3 Исследование возможности использования данных по космическим лучам для
15 ' тестирования моделей магнитосферного магнитного поля
3.2 Изменения теоретических геомагнитных порогов в магнитном поле модели TsOl (ЦОЗ) и
экспериментальных порогов в период четырех магнитных бурь
’>' 2-2-1 Сравнительная характеристика четырех бурь
»|ЖЗ:2.2Б
! 1 ‘‘ ‘ ’ 3.2.3 Буря 18-24 ноября20Ö3
3.2.4 Бури 7-13 ноября 2004 г
3.2.5 Буря 15-19 мая 2005 г

3.3 Сравнение моделей ТїОІ и Тэ04 на примере сильной бури 18-24 ноября 2003 г
3.3.1 Связь теоретических геомагнитных порогов с экспериментальными порогами
3.3.2 Корреляция теоретических порогов с Озі-вариацисй и межпланетными параметрами
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ
Диссертационная работа посвящена расчетам жесткостей обрезания галактических космических лучей в магнитосфере Земли, находящейся в условиях различной возмущенности на разных фазах солнечного цикла и исследованию связи полученных результатов с параметрами солнечного ветра и ВзНвариацией.
Актуальность темы
Изменения структуры и интенсивности магнитных полей магнитосферы Земли под влиянием солнечного ветра при изменении солнечной активности приводят к возникновению вариаций космических лучей, наблюдаемых на Земле. Космические лучи являются чувствительным зондом, прощупывающим магнитные условия в тех областях пространства, через которые они проходят и наряду с данными прямых измерений на космических аппаратах и спутниках являются весьма важными источниками информации о магнитных полях. В результате наблюдаемая на поверхности Земли интенсивность КЛ связана с процессами на Солнце и в межпланетном пространстве, а также в магнитосфере и атмосфере Земли.
С ростом числа работающих в космосе спутников и космических аппаратов стало
ясно, что сбои и отказы в работе аппаратуры космических систем не всегда можно, отнести
1 ,г' <1 ь’о к Л*!,пЧ' д(V-1 с > д
ц V, к ЧИСТо техническим неполадкам, существенную роль играют'изменения .так называемой
космической погоды, т.е. условия на Солнце, в солнечном ветре, в магнитосфере,
ионосфере и термосфере, которые могут влиять на надежность работы технологических
систем космических аппаратов, технологических систем на Земле, а также создавать
угрозу жизни и здоровью людей на Земле и в космосе. [1]. Запуск и работа космических
аппаратов в космосе стоит очень дорого, поэтому предсказание опасных для их работы
периодов и разработка способов предотвращения потери спутников имеет огромное
практическое значение. В настоящее время ведутся активные исследования космической
погоды и проводятся регулярные конференции с обсуждением проблем ее прогноза.
Однако пока не создано удовлетворительной модели и не найден такой ряд ключевых
параметров, по которым можно было бы прогнозировать достаточно уверенно изменения
космической погоды, поэтому исследования потоков высокоэнергичных и
низкоэнергичных ' частиц, - магнитных ! полей - и | потоков плазмы солнечноговетра 1 в
• ,*'", межпланетном и околоземном пространстве являются очень важными.
широтных исследований нуклонной компоненты КЛ— это самый надежный метод калибровки геомагнитного спектрометра КЛ и определения функций связи, необходимых для изучения временных вариаций первичного спектра КЛ по данным сети нейтронных мониторов. Более того с помощью широтных исследований также можно контролировать оценки жесткости геомагнитного обрезания и выявлять геомагнитные аномалии [43-46]. Однако, чтобы получить достоверные широтные вариации нуклонной компоненты КЛ, необходимо применять уточненные методы анализа первичных данных.
Все это потребовало тщательного определения порогов в зависимости от координат, времени суток, ориентировки судна и направлений прихода частиц, потребовало учета внешних источников поля и оценки вековых изменений МПЗ.
В работах [47-55] приведены результаты широтных измерений нейтронными детекторами на борту судна «Италика» в течение 1996-1997 гг. в рамках итальянской Программы Антарктических исследований, в процессе которых был разработан и использован целый комплекс процедур для получения надежных данных и точного определения функций связи.
2.1.2 Широтные исследования: маршрут и основные результаты
В течение астрального лета 1996-1997 гг. на борту корабля,«Италика» с помощью
/ V/*" V''>дг'г * ,
нейтронного монитора измерялась интенсивность нейтронной компоненты космических лучей на морях вдоль маршрута корабля от Италии до Антарктиды и обратно. Главной целью экспедиции являлось получение достоверной широтной кривой интенсивности частиц КЛ для дальнейшего использования этих данных для определения коэффициентов связи между первичным космическим излучением и вторичными потоками космических лучей, наблюдаемыми на поверхности Земли, и для изучения спектральных изменений КЛ в различные промежутки времени в течение солнечного цикла [53, 56, 57].