СОЛНЕЧНАЯ МОДУЛЯЦИЯ ВТОРИЧНЫХ НЕЙТРОНОВ
Классификация вариаций космических лучей
В п. 2.3 было показано, что наблюдаемая интенсивность вторичных частиц типа i с жесткостью R в пункте К на уровне х0 будет
где RK - эффективная жесткость обрезания частиц в пункте К. Со временем могут меняться следующие параметры: первичный спектр D(Z?) - за счет процессов в межпланетном пространстве, в Галактике; интегральная кратность генерации ml(R,x0) за счет изменения в земной атмосфере - этот фактор особенно существенен для нейтронов; RK - за счет процессов в недрах Земли и ее магнитосфере. Предположим для начала, что изменение указанных параметров сравнительно небольшое, так что эффектами второго порядка, типа интерференционных, можно пренебречь. Тогда, варьируя (3.1) по D(R), ml(R,x0) и RK, а также разделив левую и правую части полученного уравнения на jlK, найдем основную формулу, определяющую классификацию вариаций космических лучей:
В соответствии с выражением (3.2) все вариации космических лучей можно разбить на три класса:
класс I связан с изменением интегральной кратности генерации в результате каких-либо изменений в земной атмосфере (давления, температуры, перераспределения воздушных масс). Это вариации космических лучей атмосферного происхождения, или так называемые метеорологические эффекты;
класс II связан с изменением геомагнитного порога обрезания в результате каких-либо геомагнитных возмущений;
класс III связан с изменением первичного энергетического спектра D(R) в результате ускорения и торможения частиц космическими электромагнитными полями, рассеяния частиц на магнитных неоднородностях, дополнительного притока частиц в результате процессов генерации, анизотропией космических лучей в пространстве. Это наиболее широкий и важный класс вариаций - вариации внеземного происхождения.
В табл. 4 приведены характерные амплитуды основных вариаций космических лучей и замечания об их природе.
Классификация вариаций
|
Класс |
Типы вариаций космических лучей |
Наблюдаемая |
|
р-мезонный компонент |
||
|
Изменение интегральной кратности генерации |
Г игавариации (характерные времена 109 лет), % |
-100 |
|
Сезонные, % |
5 |
|
|
Суточные, % °С |
0,1-0,2 |
|
|
Температурный эффект, % /°С |
0,1-0,2 |
|
|
Барометрический эффект, %/мбар |
0,1-0,2 |
|
|
Микровариации, % |
<0,005 |
|
|
Изменение геомагнитного порога обрезания |
Вариации с характерными временами несколько тысяч лет, % |
6-10 |
|
Возрастания в период главной фазы магнитного поля бури на фоне основного понижения, % |
3 |
|
|
Вековые вариации |
- |
|
|
Солнечно-суточные (локальный источник), % |
1 |
|
|
микровариации |
<0,05 |
|
|
Изменение первичной компоненты за пределами геомагнитного поля А) Модуляционные эф- фекты, связанные с деятельностью Солнца |
Г игавариации |
- |
|
Вековые вариации |
- |
|
|
11-летние, % |
6 |
|
|
27-дневные, % |
-0,5 |
Таблица 4
космических лучей [3]
|
амплитуда |
Природа вариаций |
|
|
Нейтронный компонент |
В стратосфере и на границе атмосферы |
|
|
-100 |
- |
Изменение свойств атмосферы |
|
1 |
- |
Изменения поглощения и распада вторичных частиц в связи с изменением метеорологических условий над пунктом наблюдения |
|
1 |
- |
Флуктуации атмосферных условий |
|
- |
- |
|
|
0,7 |
- |
|
|
- |
- |
|
|
30-40 |
В 2 - 3 раза |
|
|
10 |
Непосредственное наблюдение изменения геомагнитного порога (на высоких широтах в десятки раз) |
Влияние вариаций токовых систем и магнитосферы на траектории космических лучей и геомагнитный порог обрезания |
|
- |
- |
Вековые вариации геомагнитного поля |
|
3 |
Асимметрия и изменения геомагнитного порога и канализационное распространение малоэнергетичных частиц через хвост магнитосферы в ночное время |
|
|
- |
- |
Флуктуации магнитосферы |
|
- |
- |
Изменение характера солнечной активности и условий в межпланетном пространстве за характерные времена, 109 лет |
|
- |
- |
Вековые вариации солнечной активности и соответствующие изменения солнечного ветра |
|
20 |
В два раза выше нормального уровня |
Рассеяние галактических космических лучей на неоднородностях замороженных магнитных полей, движущихся от Солнца, их конвекционный вынос, диффузия и адиабатическое охлаждение |
|
-1-2 |
-10 |
Асимметрия в потоке неоднородностей от Солнца и секторальная структура межпланетных магнитных полей |
|
Класс |
Типы вариаций космических лучей |
Наблюдаемая |
|
р-мезонный компонент |
||
|
Со спорадическим периодом 7-35 суток, % |
~0,5 |
|
|
Солнечно-суточные, % |
0,2-0,3 |
|
|
Микровариации, % |
<0,05 |
|
|
Эффект Форбуша (понижение во время магнитной бури), % |
102я1 |
|
|
Возрастание перед эффектом Форбуша, % |
1 |
|
|
Изменение первичной компоненты за пределами геомагнитного поля Б) Генерация быстрых частиц на Солнце |
Большие возрастания интенсивности космических лучей, связанные с мощными хромосфер- ными вспышками (амплитуды приводятся для случая 23 февраля 1956 г.), % |
400 |
|
Малые возрастания, связанные с обычными хромосферными вспышками, % |
0,1-0,2 |
|
|
Анизотропия, % |
100 |
|
|
Флуктуации и микровариации |
- |
Продолжение табл. 4
|
амплитуда |
Природа вариаций |
|
|
Нейтронный компонент |
В стратосфере и на границе атмосферы |
|
|
~1-2 |
~10 |
|
|
0,5 |
2 |
Анизотропия, вызываемая воздействием на космические лучи электромагнитных полей в межпланетном пространстве и в корпускулярных потоках |
|
- |
- |
Флуктуации потока космических лучей на магнитных неоднородностях солнечного ветра |
|
30 |
50 |
Рассеяние и торможение космических лучей магнитными полями, замороженными в солнечных корпускулярных потоках и в результате взаимодействия космических лучей с ударными волнами |
|
2 |
- |
Увеличение энергии космических лучей, отражающихся от переднего фронта ударной волны, движущейся к Земле |
|
5 000 |
В тысячи раз выше нормального уровня |
Генерация частиц в области солнечной вспышки электромагнитным механизмом ускорения (ударные гидромагнитные волны, систематическое и статистическое ускорение). Возможно через промежуточную стадию (термоядерные реакции) с последующим распространением от Солнца в результате анизотропной диффузии через магнитные поля в межпланетном пространстве и перенесения в магнитных ловушках корпускулярных потоков |
|
1 |
В десятки и сотни раз выше нормального уровня |
|
|
100 |
100 |
Распространение солнечных (лучей) космических лучей в межпланетном пространстве в результате анизотропной диффузии с учетом конвекции и адиабатического охлаждения частиц |
|
- |
- |
Флуктуации при генерации за счет рассеяния на магнитных неоднородностях в межпланетном пространстве |
|
Класс |
Типы вариаций космических лучей |
Наблюдаемая |
|
р-мезонный компонент |
||
|
Изменение первичной компоненты за предела- ми геомагнитного поля В) анизотропия вариации интенсивности галактических космических лучей |
Г игавариации (характерные времена 108-109лет) |
В десятки и сотни раз |
|
Аномальное поведение солнечно-суточной вариации в минимуме солнечной активности (22-летние изменения суточной вариации), % |
0,2-0,3 |
|
|
0,1 % в области энергий в десятки и сотни ГэВ - по данным скрещенных телескопов в минимуме солнечной активности; 0,1 - 1,0 и % для сверхвысоких энергий по данным широтных атмосферных ливней |
