книги из ГПНТБ / Алания М.В. Квазипериодические вариации космических лучей
.pdf
Вмонографии проанализирован
исистематизирован обширный экс периментальный материал интенсив ности космических лучей по много летним данным наземных приборов мировой сети нейтронных мониторов, счстчиковых телескопов, ионизацион
ных камер, стратосферных зондов и межпланетных станций, а также раз личных физических характеристик солнечной акппжостн и межпланет ной среды.
Основное внимание уделяется изложению материала исследований по 27-диевным и суточным вариаци ям космических лучей, а также воп росам методического характера свя занных с исследованием различных модуляционных эффектов интенсив ности космических лучей солнечным ветром.
Издание рассчитано на специа листов, изучающих модуляцию кос мических лучей, работников и лиц, интересующихся исследованиями око лосолнечного космического простран ства и геофизики.
ш «ьао)зос?о% ььл aoeaooAo&6mc> ббб^оаоб АКАДЕМИЯ НАУК ГРУЗИНСКОЙ ССР
а о г о з о 'ъ г ш ь о Е Б б О б а б о
ИНСТИТУТ ГЕОФИЗИКИ
1974
JB\ik; MCr—we*>г-e о» « -r - ■-< |
V |
'. c-j. яуоякчкчя |
s |
ЯЩ.’ч: ■- '■ |
! |
|
e - > .- v iv .-i COGt» |
|
A 451 |
s;>HSt. i'.-! ПЛЛР |
|
ЧИТАЛЬНОГО ЗАЛА |
||
УДК 523165 |
||
|
ЩЧ 3 5 Э 0
Вмонографии проанализирован и систематизирован обширный экспериментальный материал интенсивности раз личных компонент космических лучей по многолетним дан
ным |
наземных |
приборов |
мировой сети, стратосферных зон |
|||
дов |
и межпланетных |
станций, |
а также различных |
физичес |
||
ких |
характеристик |
солнечной |
активности и межпланетной |
|||
среды. |
|
|
|
|
|
|
|
Основное |
внимание |
уделяется изложению |
материала |
||
исследований по 27-дневным н суточным вариациям косми ческих лучей, а также вопросам методического характера связанных с исследованием различных модуляционных эф фектов интенсивности космических лучей, В монографии рас смотрены вопросы объема асимметричной части солнечного ветра по данным квазнпериодических вариаций, определения направления межпланетного магнитного поля по данным 27диевных изменений анизотропии и второй гармоники суточ
ной вариации космических |
лучей. |
|
|
|||
В работе обобщены и проанализированы результаты ис |
||||||
следования |
выполненных |
в |
Лаборатории |
космических |
лучей |
|
института геофизики АН ГССР. |
|
|
||||
Издание |
расчитано на |
специалистов, изучающих |
моду |
|||
ляцию |
космических лучей, |
работников |
и лиц, интересую |
|||
щихся |
исследованиями |
околосолнечного |
космического |
прос |
||
транства и |
геофизики. |
|
|
|
|
|
Редактор Я- Л. Блох
20804
А М 607(03)—74 13—73 |
Издательство «Мецниереба» |
|
1974 |
ПРЕДИСЛОВИЕ
В настоящей монографии мы не ставим перед собой за дачу осветить все аспекты модуляции космических лучей. Наиболее полно задачи физики межпланетной среды и око лоземного пространства освещены в недавно вышедших кни гах [I, 2, 3, 4, 5].
Наша цель обобщить и представить с единой точки зрения определенную часть научных результатов, которые получены в Лаборатории космических лучей Института гео физики АН ГССР за последние 5—6 лет. За указанный пе риод в области исследований межпланетной среды п вари аций космических лучей получена ценная н обильная ин формация. Несмотря на запуски ракет п межпланетных станций, несмотря на измерения, проводимые непосред ственно в космическом пространстве, ответы на ряд вопросов, волнующих почти всех космофпзпков, еще не получены.
Область исследований вариаций .коомичесюнх лучей ста ла столь обширной, что наша лаборатория естественно но могла охватить все ее стороны. Именно поэтому в своих исследованиях мы ограничились только рядом вопросов межпланетной среды и околоземного космического простран ства.
На сегодня мы еще не знаем точно радиус эффектив ного объема солнечного ветра, знание которого необходимо при объяснении 11-летней цикличности в изменениях интен сивности космических лучей. Представляет также интерес оценка объема асимметричной части Солнечного ветра, ко торая по-сущестпу создает 27-дневную модуляцию косми ческих лучей.
Мы понимаем, что полученная информация, относящая ся к далеким участкам солнечного ветра, пока еще не яв ляется достаточной и определенной. Это видно хотя бы из того, что оценки радиуса объема г0, занимаемого солнеч
ным ветром, полученные разными авторами, правда разны ми методами, отличаются более, чем на порядок. Согласно исследованиям [6, 7, 8], в которых учитывалось запаздыва ние процессов в межпланетном пространстве относительно явлений на Солнце, в максимуме солнечной активности
r0-= 100 a. e. В то же время согласно исследованиям [9], в которых г0 оценивалось по времени релаксации интенсив
ности космических лучей после скачкообразных изменении солнечной активности, величина г0 вряд ли превосходит 10 а. е. В последнее время появились работы [10, 11], в кото рых путем учета гелпошпротного расположения активных областей, в какой-то степени существенно можно умень шить размеры области модуляции космических лучей.
Однако |
все |
это остается предметом |
исследования п |
еще долго |
будут |
волновать космофнзпков. |
Следует отме |
тить, что при оценках размеров таких областей модуляции, которым в принципе обязаны своим происхождением квазпперподпческпе изменения тппЪ 27-дневных вариаций кос мических лучей, учет гелпошпроты активных образований существенно не должен изменить представления о размерах асимметричной части солнечного ветра [12, 13].
Определенная работа была проделана нами в области исследования солнечносуточной анизотропии космических лучей п ее изменения с вращением Солнца. Вопросу иссле дований 27-дневных вариаций анизотропии космических лучей посвящено мало работ, однако, как показывает анализ, пу
тем изучения методом 27-дневных вариации анизотропии можно получить весьма интересную информацию о динами ке изменений крупномасштабных полей межпланетной сре ды, не привлекая такие солнечные явления, какими явля ются Солнечные вспышки п измерения непосредственно в космическом пространстве.
При всех этих исследованиях на основе наблюдатель ного материала, полученного регистраторами космических лучей, которые установлены в течение длительного времени на Земле п дают непрерывную информацию, большое зна чение имеют методические вопросы. Особенно большое зна чение имеет учет метеорологических факторов, которые свое
образно влияют на величину вариации интенсивности кос мических лучей, обусловленных изменениями электромаг нитных условий в межпланетной среде. Без корректного учета метеорологических эффектов чрезвычайно трудно бы ло бы зондировать космические условия космическими лу чами.
Исходя пз всего |
этого, |
наша монография посвящена |
трем перечисленным |
выше |
вопросам. |
I глава посвящена методическим вопросам. Большин ство методических вопросов, приводимых в этой главе, раз работаны нами II используются в наших исследованиях. В этой главе особо выделяется барометрический эффект ией-
-6
тронной компоненты космических лучен, а также принципы осреднения данных п т. д.
II глава описывает квазпперподпческпе изменения типа 27-дневных вариаций космических лучей. Исследование 27-дневных вариаций космических лучей в нашей лаборатории проводилось в течение примерно двух десяток лет и имеется определенный опыт в этом направлении, однако мы приво дим здесь те результаты, которые не вошли в другие моно графии [1, 21 и являются плодом исследовании, как мы гово рили выше, последних лет.
В третьей главе приводятся исследования в области солнечносуточпых вариаций, 27-дневной анизотропии косми ческих лучен I! особо выделена та часть работ, которая стоит перед Тбилисским комплексом установок для изуче ния структуры межпланетного пространства методом ани зотропии космических лучей.
В заключение авторы своим долгом считают выразить благодарность профессору Л. И. Дорману за помощь н участие в решениях большинства задач, которые приведены нами в настоящей монографии.
Ценную помощь оказывали на протяжении ряда лег дискуссии н замечания видных специалистов в области ге лиофизики п геофизики проф. Г. М. Никольского, кандида тов физико-математических наук Н. С. Камннера п Я. Л. Блоха.
Мы также благодарны А. В. Белову, А. К. Панкратову, IT К. Копава. О. Г. Рогава за обсуждение ряда результа тов п вопросов излагаемых в предлагаемой книге.
Особо благодарны Я. Л. Блоху, который взял на себя труд ответственного редактора нашей работы.
Г л а в а I
НЕКОТОРЫЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ, СВЯЗАННЫЕ С ИССЛЕДОВАНИЕМ ВАРИАЦИИ ИНТЕНСИВНОСТИ КОСМИЧЕСКИХ ЛУЧЕЙ
§ 1. Об осреднении данных наблюдении космических лучей
После проведения Международного Геофизического го да, стало возможным, ведение анализа данных наблюдения космических лучей различных приборов мировой сети стан ций.
Одним из приемов обработки, как известно, является осреднение данных наблюдения по формуле
п
|
|
|
i = 1 |
|
|
|
|
|
п |
лучей i — тон станции |
|
где |
/; — данные |
космических |
в от |
||
носительных единицах, |
а п — |
число станций. Такое осредне |
|||
ние |
возможно, |
когда |
данные |
каждой станции имеют |
оди |
наковую статистическую ошибку. В общем же случае раз личные данные обладают различными ошибками и при ос реднении необходим их учет. Так, например, статистичес кие ошибки данных отдельных станций космических лучей изменяются более чем втрое, и как это будет показано ни же, статистический вес отдельных станций при осреднении должен изменяться более чем на порядок [1].
Если не принимать во внимание статистический вес дан ных наблюдении {14}, можно показать, к каким практичес
ким |
ошибкам может привести осреднение по формуле (1.1.1). |
|||
|
Действительно, пусть число зарегистрированных частиц |
|||
за |
определенный |
интервал времени на |
станции i |
есть |
Nt= Nt(l -{-/j), где Ni |
есть среднее значение |
скорости |
сче |
|
та на той же станции, а / г — относительное изменение ин тенсивности космических лучей. Тогда при осреднении дан ных наблюдений получим
8
п |
11 |
11 |
11 |
( 1. 1.2)
где использовано условие, что при Пуассоновском распре делении N; —о~г. Однако, формулой (1.1.2) можно пользо
ваться если ошибки данных будут определены и другим путем.
Показать отличие результатов, получаемых осреднением данных по формулам (1.1.1) и (1.1.2), можно на примере исследования солнечно-суточной вариации нейтронной ком поненты космических лучей.
Для примера нами были осреднены данные 31 станции мировой сети и данные нескольких станций космических лу чей, сгруппированных по порогу жесткости обрезания 1, II, III, IV, согласно табл. 1 и рис. 1.
Для того, чтобы более ясно было видно отличие резуль татов, получаемых осреднением по формулам (1.1.1) и (1.1.2), мы проделали гармонический анализ осредненных
данных |
31 станшш. Результаты этого анализа |
приведены |
||||
на рис. |
2. |
Из приведенных рисунков |
видно, |
насколько |
су |
|
щественно |
отличаются результаты |
осреднения |
данных |
по* |
||
формулам |
(1.1.1) и (1.1.2). В частности, рис. |
3 |
свидетель |
|||
ствует, что имеется большое расхождение между амплиту дами и фазами первых гармоник солнечно-суточной вариа
ции шосле осреднения одних п тех же данных, но по разным формулам. Следовательно, осреднение данных по формуле (1.1.1) приводит к существенным ошибкам, выходящим за-
пределы статистических ошибок и чтобы избежать этого, не обходимо осреднение проводить по формуле (1.1.2).
9/
Л К)
6® |
|
|
^(2) |
v |
\ Af'/^V \/^r/J^ |
*fl) |
|
|
5 (2) |
|
|
2 (1) %y^W^ Л/\JAлv,v^^Sлл^^лAл^гu^гДv>\ |
v/u yl/^ У '^ л vЛ JxЛ >^ |
|
£(2)x/v'/W'\^\--W4^jvJ l/V/Vl}4vA^'
d№-xAr^-AftfAлlл'V'^<^Л/v'УV V \/'''V 'Л ^
-I----1----1---- 1----1---- 1 I__ I__ I__ I__ I__ I__ I__ I__l__ I
16 20 2 5 .70
Рис, 1. Солнечно-суточная вариация нейтронной компоненты интенсивности
космических лучей |
за период 1 6 -3 0 августа 1C5R г. |
||||
а)—по 31 станции |
мира; б, в, |
г, д —по |
группам |
жесткости обре |
|
зания I, |
II, III |
п IV |
согласно |
таблицы |
1 |
Рис. 2. Результаты гармонического анализа нейтронной компоненты интен сивности космических лучей по оергдненпым данным 31 станции мира. Циф ры у векторов означают дин, цифра (2) показывает, что вектор получен в результате осреднения по формуле (1.1.1), остальные—по формуле (1.1.2). Числа в скобках у векторов 2-1 и 2-1 (2) обозначают величину этих векто ров % (пунктиром и в сокращенном виде, как так они выходили за пре
делы рисунка)