Моделирование и анализ характеристик солнечных космических лучей по данным наземных наблюдений

• Автор: Пчелкин, Владимир Викторович
• Шифр специальности: 01.03.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Апатиты
• Количество страниц: 115 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
Введение

Глава 1. Методические вопросы анализа экспериментальных данных по релятивистским

СКЛ. Траекторные расчёты

1.1 Характеристики потока релятивистских солнечных протонов. Профили возрастания скоростей счёта нейтронных мониторов в событиях релятивистских СКЛ

1.2. Модель наземного возрастания скорости счёта нейтронного монитора

1.3. Учёт барометрического эффекта при анализе событий РСП

1.4. Методика траекторных расчётов в диапазоне больших жесткостей

1.5. Влияние магнитосферных возмущений на движение частиц. Применение различных моделей геомагнитного поля. Роль магнитного поля хвостовых токовых систем

Заключение первой главы

Глава 2. Квазипериодическое движение протонов диапазона жесткостей пенумбры в геомагнитном поле
2.1. Пенумбра космических лучей. Методика траекторных расчётов в диапазоне пенумбры
2.2. Асимптотические направления в диапазоне пенубры: эффект расфокусировки, случайный характер, единая область распределения
2.3. Морфологические особенности траекторий протонов в диапазоне жесткостей пенумбры и их объяснение на основе анализа движения частиц в поле диполя
2.4. Структура пенумбры. Её сверхтонкий вероятностный характер
2.5. Неустойчивость квазипериодического движения в диапазоне пенумбры. Абсолютные критерии захвата при расчёте порогов геомагнитного обрезания
Заключение второй главы

Глава 3. Вероятностная модель возрастания скорости счёта нейтронного монитора во время
солнечных протонных событий
3.1. Детерминированная модель наземных возрастаний и её критическая оценка в свете современных исследований пенумбры
3.2. Вероятностная модель наземных возрастаний. Оценка математического ожидания
вклада пенумбры в скорость счёта нейтронного монитора
3.3 Численное решение задачи восстановления характеристик релятивистских солнечных протонов по данным наземных возрастаний
Заключение третьей главы
Глава 4. Характеристики релятивистских солнечных протонов, полученные с помощью модели наземных возрастаний
4.1. Событие 29 сентября 1989 года
4.2. Событие 7-8 декабря 1982 года
4.3. Событие 2 мая 1998 г
Заключение четвёртой главы
Заключение
Список литературы

ВВЕДЕНИЕ
Релятивистские солнечные протоны (РСП) - частицы, генерация которых происходит на Солнце во время мощных солнечных вспышек. Регистрация РСП производится, в основном, детекторами, расположенными на поверхности Земли. В связи с этим, события, в которых наблюдаются РСП, получили название GLE (Ground Level Enhancements). Впервые возрастания скоростей счёта наземных детекторов (ионизационных камер), связанные с релятивистскими солнечными протонами, были зарегистрированы 28.02.1942 и 7.03.1942/1-4/.
РСП, рожденные в солнечных вспышках, распространяются к Земле в межпланетном магнитном поле (ММП). Перед попаданием в детектор на поверхности Земли эти частицы должны пройти через магнитосферу, а затем и атмосферу, где они образуют потоки вторичных частиц /5,6,7/. Таким образом, характеристики регистрируемых наземными детекторами вторичных частиц несут на себе отпечаток не только условий генерации во вспышках на Солнце, но и распространения в ММП, магнитосфере и атмосфере Земли. В связи с этим, исследование релятивистскігх солнечных протонов является многоплановой проблемой, затрагивающей вопросы физики Солнца, а также межпланетной среды, магнитосферы и атмосферы Земли /8-12/.
В начальный период изучение РСП проводилось с использованием приборов, предназначенных для регистрации р-мезонной компоненты вторичных космических лучей. Число станций было мало, и полученных данных было недостаточно для точного определения характеристик РСП. В последующие годы происходило бурное развитие экспериментальной техники. Приборы для исследования космических лучей начали устанавливать не только на поверхности земли, но и на баллонах, ракетах и космических аппаратах, что привело к резкому увеличению потока информации о солнечных космических лучах. Наступила эра непрерывной комплексной регистрации космических лучей. Именно этот качественный скачок позволил составлять систематические каталоги солнечных протонных событий /13-16/, которые включали в себя не только данные наблюдений частиц, но и ценную информацию по характеристикам сопутствующих электромагнитных излучений. Несмотря на то, что к настоящему времени получено большое количество данных об энергетическом и пространственно - угловом распределении частиц в событиях РСП, отсутствует ясность в ряде вопросов, связанных с

Выбор жесткостного шага при модельных исследованиях пенумбры.
Сильная зависимость решения от жёсткости частицы потребовала при изучении структуры пенумбры более частой жесткостной сетки. Исследования структуры пенумбры были проведены с частотой 0,001ГВ, а для отдельных случаев 0,0005ГВ. При такой сетке изменения в решении уравнения движения частицы носили плавный, а не скачкообразный и хаотичный, характер. (Шаг в 0,001ГВ для исследований пенумбры иногда применялся и некоторыми другими исследователями - см. /67/).
2.2. Асимптотические направления в диапазоне пенубры: эффект расфокусировки, случайный характер, единая область распределения.
Понятие асимптотического конуса приёма станции (АК), как набора асимптотических направлений (АН), регистрируемых данной станцией, - весьма продуктивная и удобная характеристика станции при анализе анизотропной фазы GLE и определении параметров спектра солнечных космических лучей (CKJI). В модели, учитывающей только внутренние источники поля, АК (и АН) поворачивается вместе с Землёй и в системе координат, связанной с ней, остаётся постоянной по времени характеристикой станции /47/. Эффект фокусировки позволяет при анализе по асимптотическим направлениям вертикально падающих частиц судить довольно точно об асимптотических направлениях, наклонно падающих на атмосферу частиц, регистрируемых нейтронным монитором.
Усложнение моделей магнтосферы и введение в рассмотрение внешних источников поля резко меняет ситуацию. Решение уравнения движения для частиц малых жесткостей оказывается достаточно чувствительным к вариациям ВВНецш.
АН низкоэнергичных частиц КЛ не поворачиваются вместе с Землёй. Они также чувствительны к возмущениям внешнего поля и уже не могут рассматриваться как постоянная характеристика станции. Эффект фокусировки проявляется в меньшей степени. Исследователи проблемы /47/ отмечали, что для частиц малых жесткостей (менее 5 ГВ) теряет смысл определение АН в классическом понимании. Для частиц с данными жесткостями понятия асимптотического конуса приёма и асимптотического