Природа вариаций космических лучей

Если из данных наблюдений исключить вариации I, II, то оставшиеся вариации класса III будут связаны с первичными вариациями [3] за границей атмосферы —— третьим членом (3.2):

D(R)

Вариации класса III можно, в свою очередь, разделить на три подкласса (см. табл. 4), каждый из которых представляет большой интерес для изучения электромагнитных свойств солнечных корпускулярных потоков межпланетного пространства, процессов на Солнце и в Галактике.

Большой интерес представляют вариации Ша - модуляционные эффекты космических лучей, приходящих в солнечную систему из Галактики; они характеризуют изменение электромагнитных условий в межпланетном пространстве и корпускулярных потоков как вдали от Земли, так и в ее окрестностях. В литературе обсуждается много различных механизмов создания этих вариаций.

Окончание табл. 4

В табл. 4 указаны наиболее вероятные механизмы этих вариаций. Согласно современным представлениям все эти вариации чрезвычайно тесно связаны между собой и отражают сложное многообразное воздействие солнечных сгустков плазмы на галактические космические лучи. Так, 11-летние вариации, смещение колена широтного эффекта и наблюдаемые уменьшения интенсивности космических лучей с приближением к Солнцу - это, по существу, одно и то же явление, обусловленное, по-видимому, интегральным действием потока магнитных неоднородностей от Солнца. Асимметрия в этом потоке магнитных неоднородностей является, скорее всего, весьма своеобразным типом вариаций (так называемых 27-дневных вариаций космических лучей).

Исключительно велик интерес многих исследователей к солнечносуточным вариациям, которые характеризуют анизотропию космических лучей в окружающем нас пространстве.

Большое значение для исследования распределения электромагнитных полей в межпланетном пространстве имеют изменения этой вариации, т. е. изменения анизотропии, связанные с циклом солнечной активности 27-дневными вариациями, магнитными бурями и т. и. (при этом важны данные как по 24-часовой гармонике, так и по 12-часовой). В связи с этим отметим, что существуют также и лунно-суточные вариации, механизм которых не совсем ясен. Наиболее тщательно изучены в настоящее время эффекты Форбуша - понижение интенсивности космических лучей во время магнитных бурь. Хотя в деталях механизм этих вариаций не совсем ясен, нет сомнения в том, что они вызваны рассеяниями космических частиц магнитными полями, замороженными в плазменных сгустках, выбрасываемых из Солнца. Изучение эффекта Форбуша и профилей изменения интенсивности космических лучей во времени позволяют получить важные характеристики корпускулярных потоков и межпланетных ударных волн (их размер, характер захвата Земли, распределение и напряженность вмороженных магнитных полей).

Вариациям класса Шб, связанным с генерацией космических частиц на Солнце и их распространением в межпланетном пространстве и в магнитных ловушках солнечных корпускулярных потоков, уделяется огромное внимание не только потому, что изучение вариаций этого класса позволяет получать исключительно ценные данные о процессах, протекающих в глубине солнечной атмосферы и короне, о механизмах генерации космических частиц и солнечного радиоизлучения, о характере выброса солнечных корпускулярных потоков и магнитных полях в них, об электромагнитных условиях в межпланетном пространстве, но также и потому, что генерация быстрых частиц на Солнце представляет серьезную опасность для космических полетов; тщательное изучение и прогнозирование этих явлений позволяет разработать необходимые меры по предотвращению этой опасности.

Большие трудности возникают при изучении вариаций класса Шв, характеризующих генерацию и распространение космических частиц в значительно большем объеме, чем вариации классов Ша и Шб, - в объеме нашей Галактики. Вариации этого класса существенно моделируются в Солнечной системе, так, что в максимуме солнечной активности он практически исчезают (в области умеренных энергий), и лишь в эпоху глубокого минимума удается их обнаружить. Большую ценность представляет изучение вариаций частоты широких атмосферных ливней, генерируемых в атмосфере частицами высоких и сверхвысоких энергий, которые не подвержены модуляции в межпланетном пространстве. Таким образом удается обнаружить вариации класса Шв на частицах разных энергий. Следует отметить, что эти вариации (в области высоких энергий) непосредственно связаны с изменением показателя степени в дифференциальном первичном спектре при переходе к сверхвысоким энергиям, и в области умеренных энергий они существенно искажают вариации других типов (происходит, например, существенное изменение характера солнечно-суточной вариации космических лучей вблизи минимума солнечной активности).

Вариации класса Шв имеют важное значение не только для оценки напряженности и структуры магнитных полей Галактики, но также для определения времени жизни частиц разной энергии в Галактике относительно диффузии, что, в свою очередь, позволяет более точно оценивать энергию, передаваемую источниками (по-видимому, сверхновыми) в космические лучи.