ОТЧЕТ о выполнении научно-исследовательской работы, проведенной по проекту

1. ОТЧЕТ о выполнении научно-исследовательской работы, проведенной по проекту «Исследование модуляционных эффектов галактических и солнечных космических лучей методом наземного мониторинга» в рамках программы фундаментальных исследований Президиума Российской академии наук «Нейтринная физика» за 2006 г. http://cr0.izmiran.rssi.ru/ProgrammCRNet/ProgrammCRNet.html ИЗМИРАН, ПГИ РАН, ИКФИА СО РАН, ИСЗФ СО РАН, АСФ ГС СО РАН, ИКИР ДВО РАН, БНО ИЯИ РАН

2. ОСНОВНЫЕ НАУЧНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ • 1. При выполнении данного проекта осуществлялась непрерывная регистрация нейтронной компоненты КЛ на станциях Апатиты, Баренцбург, Москва, Иркутск (Саянский спектрографический комплекс), Новосибирск, Якутск, Бухта Тикси, Норильск, Магадан, мыс Шмидта и Баксан,а также мезонной компоненты на станциях Новосибирск и Якутск. Материалы мониторинга космических лучей (КЛ) за период 2006г. доступны в сети ИНТЕРНЕТ по адресам:http://cr0.izmiran.rssi.ru/common/links.htm, http://pgi.kolasc.net.ru/CosmicRayhttp://cgm.iszf.irk.ru/irkt/main.htm, http://193.232.24.200/nvbk/main.html, http://www.ysn.ru/ipm, • http://cr0.izmiran.rssi.ru/bksn/main.htm .

3. Долговременные вариации КЛ на российской сети станций

4. ОСНОВНЫЕ НАУЧНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ • 2.Создана система сбора данных НМ с регистратором кратностей на основе программируемых цифровых плат (без дополнительных аппаратурных разработок). Разработано и изготовлено устройство для измерения счётных характеристик НМ монитора, позволяющее снимать счетные характеристики НМ в автоматическом режиме без остановки работы прибора (ПГИ).

5. ОСНОВНЫЕ НАУЧНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ • 3. Подготовлен и отправлен в Антарктиду аппаратурный комплекс для возобновления регистрации КЛ в Мирном (ИЗМИРАН).

6. ОСНОВНЫЕ НАУЧНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ • 4. Полученный из наблюдений мюонов вектор анизотропии КЛ разложен на компоненты поперек и вдоль ММП. Первая из них обусловлена вихревым электрическим полем и имеет 11-ти летнюю периодичность, а вторая, обязана магнитному дрейфу и меняется с периодом 22 года (ИКФИА).

7. ОСНОВНЫЕ НАУЧНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ • 5. Проведенные исследования динамики флуктуаций КЛ с энергиями от 47 кэВ до 1 ГэВ в окрестности 177-ми межпланетных ударных волн (МУВ), показали, что при наличии перед фонтами МУВ значительных потоков частиц низких энергий (от 10 кэВ до 10 МэВ) возникают вариации КЛ с периодами от 10 мин до 3 час с высокой степенью когерентности. Получены свидетельства, что их возникновение может быть обусловлено модуляцией потока КЛ быстрыми магнитозвуковыми волнами, генерированными протонами низких энергий отраженных и/ил ускоренных на фронтах МУВ (ИКФИА).

8. ОСНОВНЫЕ НАУЧНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ • 6. На основе мониторинга электромагнитных характеристик межпланетной среды и их динамики по вариациям жесткостного спектра КЛ, обнаружено, что за время порядка суток перед солнечными протонными событиями происходит генерация локальных поляризационных электрических полей гелиосферы, понижение напряженности магнитных полей в ее мелкомасштабных структурах, а также возрастание напряженности крупномасштабного спиралевидного ММП. С учетом обнаруженных признаков, разработан метод прогноза солнечных протонных событий с заблаговременностью от нескольких часов до нескольких суток со степенью оправдываемости около 90% (ИСЗФ).

9. ОСНОВНЫЕ НАУЧНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ • 7. Выполнен сравнительный анализ крупнейших в истории СКЛ событий на уровне земли 23 февраля 1956 г. и 20 января 2005 г. Характеристики релятивистских солнечных протонов получены из данных наземных детекторов с помощью оригинальной методики, включающей методы математического моделирования и расчеты траекторий КЛ в современных моделях магнитосферы. Для обоих событий показано существование двух компонент частиц: быстрой и запаздывающей. Гигантское возрастание ~ 5000 % на ряде станций нейтронных мониторов в обоих событиях вызвано быстрой компонентой, имевшей сильную анизотропию и экспоненциальный энергетический спектр.(ПГИ).

10. ОСНОВНЫЕ НАУЧНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ • 8. Статистический анализ данных за три цикла солнечной активности (1975-2005 гг.) показывает, что величина и другие характеристики Форбуш-эффектов связаны с мощностью и долготой предшествующих солнечных вспышек. (ИЗМИРАН).

11. ОСНОВНЫЕ НАУЧНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ • 9. Получены эмпирические метеорологические коэффициенты интенсивности мюонов в атмосфере под различными углами к зениту. Их использование позволяет корректно учитывать вариации атмосферного происхождения при анализе модуляционных эффектов первичного потока КЛ, а также дает возможность проводить диагностику температурного режима атмосферы по данным о вариациях интенсивности КЛ (АСФ ГС СО РАН).

12. ОСНОВНЫЕ НАУЧНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ • 10. Для события GLE, связанного с мощной солнечной вспышкой 20 января 2005г. получен спектр релятивистских СКЛ у Земли в широком диапазоне энергий с использованием данных мировой сети НМ (включая Баксанский НМ), Баксанских детекторов широких атмосферных ливней Андырчи и Ковер и Баксанского мюонного детектора.(БНО).

13. ОСНОВНЫЕ НАУЧНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ • 11. Выполнен спектрографический анализ энергетического спектра вариаций КЛ и вариаций жесткости геомагнитного обрезания по данным регистрации нейтронных кратностей на НМ ст. “Магадан”. Получены результаты о вариациях энергетического спектра КЛ во время Форбуш-понижений и наземных возрастаний КЛ, связанных с приходом солнечных протонов (по данным за 2005 г.). (ИКИР ДВО РАН).

14. Приложение (к результату 4) : Рис. 1. Компонента анизотропии КЛ, направленная поперек силовой линии ММП, по данным нейтронного монитора (НМ), мюонных телескопов на поверхности земли (Т0) и на глубинах 7 (Т7), 20 (Т20), 60 (Т60) м в.э. станции Якутск и Нагоя (ТН); напряженность ММП (В); число солнечных пятен W в зависимости от времени. Знаками «+» и «» отмечены периоды положительной и отрицательной полярности общего магнитного поля Солнца. Заштрихованные области – периоды переполюсовок ОМПС. (ИКФИА)

15. Приложение (к результату 5) : Рис.2. Вверху показан пример регистрации космическим аппаратом АСЕ 21 октября 2001г. МУВ, сопровождающейся значительным повышением потока КЛ низких энергий. Внизу показана функция когерентности между данными каналов Р1 (47-65 кэВ) и Р6(0.58-1.06 МэВ) в невозмущенный период I и в области непосредственно перед фронтом МУВ - период времени II. Очевидно, что в эти периоды времени наблюдается существенно разное значение когерентности.

16. Приложение (к результату 5) : Рис. 3. Вверху приведен пример другого события регистрации МУВ – практически без повышения потока низкоэнергичных КЛ. Внизу показана функция когерентности между каналами Р1 и Р6 в области перед фронтом МУВ (период III). Из рис. 2 и 3. очевидно различие в поведении спектральных характеристик КЛ. Сделан вывод о возникновении флуктуаций КЛ при взаимодействии потока КЛ с быстрыми магнитозвуковыми волнами, генерированными потоками КЛ низких энергий отраженными и/или ускоренными на фронтах МУВ. (ИКФИА)

17. Приложение (к результату 6): Рис. 4. Временной профиль интенсивности КЛ в энергетическом диапазоне 4 – 9 МэВ в 2004 г. Красными вертикальными линиями отмечены моменты появления предикторов СПС. (ИСЗФ)

18. Приложение (к результату8) Гелиодолготная зависимость Зависимость величины Форбуш-эффекта и максимального трёхчасового Аp-индекса геомагнитной активности в том же событии от гелиодолготы ассоциированной вспышки.

19. Приложение (к результату 9): Рис.5. Плотность температурных коэффициентов интенсивности мюонов в атмосфере под различными углами к зениту. (АСФ ГС СО РАН)

20. Приложение (к результату 9): Рис. 6. Вариации температуры различных слоев атмосферы: 900, 800, 700, 600, 500, 400, 300, 200, 100 и 50мб (кривые 1÷10 соответственно); и среднемассовой температуры (кривая 11), найденные по данным космических лучей (сплошные линии) и результаты прямых измерений (точки). (АСФ ГС СО РАН)

21. Спектр СКЛ в событии 20.01.2005 г. рассчитанный с учетом данных установки Ковер (БНО, ПГИ) • Рис. Энергетические спектры релятивистских солнечных протонов, для потоков 1 и 2 в 7.00 UT. 3- спектр, полученный в 8.00 UT. Приведены данные прямых измерений солнечных протонов на шарах-зондах – темные кружки и КА GOES-11-ромбы. На Рис. показаны спектры СКЛ в событии GLE 20 января 2005 г., полученные методом оптимизации по данным сети нейтронных мониторов и с учетом величины возрастания СКЛ на установке КОВЕР.

22. Основные задачи Проекта на 2007 год • Цель Проекта - исследование временных и пространственных характеристик космических лучей (КЛ) в области энергий 108  1013 эВ методом наземного мониторинга. Основные задачи на 2007 г.: • 1)непрерывная регистрация потоков КЛ на Земле (11 станций) с предоставлением материалов наблюдений в интернет в режиме реального времени или близком к реальному. • 2)продолжение реализации 2-го этапа модернизации спектрографа КЛ высоких энергий в Якутске – ввод в непрерывную регистрацию мюонных телескопов на поверхности и под землей на уровне 7 м в.э. • 3)модернизация оборудования станций и систем коммуникаций Саянского спектрографа. • 4)использование Баксанского комплекса (НМ, детекторами ШАЛ, мюонным детектором и подземным сцинтилляционным телескопом) для анализа вариаций КЛ. Преимущественным моментом для таких исследований является наличие в точке с одним геомагнитным порогом нескольких установок, регистрирующих различные компоненты КЛ в отличающихся диапазонах энергии. • 5) создание информационной системы мониторинга космического излучения совместно с Каз.АН

23. Основные задачи Проекта на 2007 год • 6)исследование долговременной модуляции галактических КЛ переменными электромагнитными полями солнечного ветра, а также особенностей модуляции ГКЛ в гелиосфере в минимуме 23-го цикла солнечной активности • 7) изучение физических процессов, механизмов генерации на Солнце и распространения в крупномасштабных структурах межпланетного магнитного поля релятивистских солнечных КЛ лучей на основе экспериментальных данных и модельных расчетов; • 8)изучение влияния на КЛ корональных выбросов массы (CME) и распространяющихся межпланетных возмущений; • 9) определение параметров жесткостного спектра и анизотропии космических лучей по данным наземных и спутниковых наблюдений при различных проявлениях солнечной активности в гелиосфере и изучение их взаимосвязи с параметрами межпланетной среды; • 10) разработка метода прогноза солнечных протонных событий с использованием ограниченного количества станций КЛи изучение возможности осуществления прогноза в режиме реального времени.. • 11) тестирование моделей магнитосферы повариациям планетарной системы жесткостей геомагнитного обрезания в периоды геомагнитных возмущений. • 12) исследование влияния космических лучей на космическую погоду

24. Основные задачи Проекта на 2007 год • 13) анализ событий СКЛ на уровне земли 21-23 солнечных циклов с использованием усовершенствованной авторской методики (ПГИ), учитывающей наклонно падающие на нейтронный монитор частицы; будут получены характеристики РСП по данным нейтронных мониторов, дополненных данными установок ШАЛ. Включение данных по СКЛ на установках ШАЛ позволит существенно улучшить определение спектров РСП при жесткостях выше 6 GV.

25. Дополнительная информация (наземная часть) • - Продолжена модернизация НМ на станциях КЛ;- подготовлен и отправлен в Антарктиду комплекс аппаратуры для регистрации КЛ • - Подготовлена канд. дис.-1 • - сдано канд. экзаменов – 4 • - кол-во аспирантов - 5 • - студентов-дипломников - 5 • - преподают в ВУЗах -5 • - прочитано 7 курсов • - Опубликовано 29 статей; сдано в печать – 32.- Сделано 34 доклада на российских и международных конференциях.

26. Заявка на финансирование проекта в 2007 г. • Всего тыс. руб., • из них ФИАН – тыс. руб., ИЗМИРАН – 900 тыс. руб., ИКФИА - 1500 тыс. руб. (через СО РАН), 300 тыс.руб. (через ДВО РАН). • Целесообразно эти суммы выделить ФИАН, ИЗМИРАН, ИКФИА СО РАН и ИКИР ДВО РАН отдельно, работа других участников проекта будет обеспечиваться указанными организациями по договорам с институтами.

27. СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!