Title
Download
1 / 40

Title - PowerPoint PPT Presentation


  • 104 Views
  • Uploaded on

Title. . Характеристики релятивистских СКЛ в крупных событиях на уровне земли 1956-2005 гг. Э.В.Вашенюк, Ю.В.Балабин, Б.Б.Гвоздевский Полярный геофизический институт г. Апатиты. Содержание. 1. Мировая сеть нейтронных мониторов как многонаправленный спектрометр космических лучей .

loader
I am the owner, or an agent authorized to act on behalf of the owner, of the copyrighted work described.
capcha
Download Presentation

PowerPoint Slideshow about 'Title' - leone


An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Presentation Transcript
Title
Title

.Характеристики релятивистских СКЛ в крупных событиях на уровне земли 1956-2005 гг.

Э.В.Вашенюк, Ю.В.Балабин, Б.Б.Гвоздевский

Полярный геофизический институт г. Апатиты


Title 4254025
Содержание

  • 1. Мировая сеть нейтронных мониторов как многонаправленный спектрометр космических лучей.

  • 2. Методика получения характеристик релятивистских СКЛ из данных наземных измерений

  • 3. Событие 20.01.2005 г. Анализ данных наземных наблюдений и динамики потока релятивистских СКЛ

  • 4. Результаты модельного изучения других событий

  • 5. Обсуждение возможных механизмов генерации релятивистских СКЛ и их распространения в ММП



Title 4254025

Neutron monitors of Polar geophysical Institute

N67.33 E 33.5 N78.08 E14.12

2005


Title 4254025

Нейтронный монитор 18-НМ-64 в Баренцбурге, Шпицберген, июнь, 2006


Title 4254025

Асимптотический конус приема

Асимптотические конусы нейтронных мониторов в Апатитах и Баренцбурге(Шпицберген) представленные в географических координатах

YHHYtre


Title 4254025

Мировая сеть станций нейтронных мониторов как многонаправленный спектрометр космических лучей:«Земля-космический корабль» Среди нейтрон-ных мониторов ст. Баренцбург-теперь самая северная на планете 78.06° N 14.22° E


Gle detecting instruments in baksan neutrino observatory n43 28 e42 69
GLE detecting instruments in Baksan neutrino observatory мониторов как многонаправленный спектрометр космических лучей:N43.28 E42.69

EAS array “Carpet” 200 m2 area

Mt. Andyrchi

Neutron monitor

6NM-64

EAS Carpet and 6-NM-64 in BNO, 1700 m a.s.l.


Title 4254025
Методика определения характеристик РСП

  • Методика моделирования откликов наземных детекторов для определения характеристик релятивистских солнечных протонов (РСП) (Shea & Smart, 1982, Cramp et al., 1997, Vashenyuk et al., 2003, 2006) состоит из следующих шагов:

  • Определение асимптотических конусов приема станций нейтронных мониторов путем расчета траекторий частиц в Модели магнитосферы Цыганенко 2001(шаг по жесткости 0.001 ГВ) для вертикальных и наклонно падающих на детектор частиц.

  • Вычисление откликов нейтронных мониторов при переменных параметрах потока первичных СКЛ.

  • С помощью решения обратной задачи (метод наименьших квадратов) определение параметров потока РСП за пределами магнитосферы Земли по сравнению модельных откликов нейтронных мониторов с наблюдаемыми.


Title 4254025
Диаграмма направленности нейтронного монитора для СКЛ

I(θ)

Атмосферное ослабление в зависимости от зенитного угла

для СКЛλ= 100 g/cm2

Полная зависимость от зенитного угла включающая увеличение телесного угла приема частиц с возрастанием θ


Title 4254025

λ нейтронного монитора для СКЛ1=100 g/cm2

λ2=140 g/cm2

медиана ~18одля СКЛ

Диаграмма направленности нейтронного монитора для ГКЛ и СКЛ


Title 4254025

3- нейтронного монитора для СКЛх мерная диаграмма направленности нейтронного монитора

9 направлений выпуска частиц с зенитным углом 18 градусов

для изотропного потока

18 градусов

для анизотропного потока


Title 4254025

Расчетные асимптотические конусы для частиц, падающих на НМ из вертикального направления и под углом 18о с различными азимутами.

Ст. Апатиты


Title 4254025

SW конусы для частиц, падающих на НМ из вертикального направления и под углом 18

W

NW

V

S

N

SE

E

NE

Longitude GSE deg.

Расчет вклада в счет НМ наклонно падающих частиц

Асимптотическая диаграмма

направленности для R = 15 GV

r = 130

r0 = 200

*

ось симметрии

сечение

Particle launching diagram


Title 4254025

ССхехема конусы для частиц, падающих на НМ из вертикального направления и под углом 18

Схема расчета вклада наклоннопадающихна НМ частиц

Ось симметрии

V

A

B

A

B

Усредненная диаграмма направленности

на магнитопаузе

Эффективная ось диаграммы направленности

Питч-угловое распределение

F(θ)~exp(-θ2/c)

θeff =θ - Δθ


Title 4254025

Учет вклада наклонно падающих частиц в работе

Cramp et al., 1997

Диаграмма направленности НМ для ГКЛ из работы R.Rao, K.G. McCracken, D.Venkatesan, (1963)


Title 4254025

  • Функция отклика нейтронного монитора на анизотропный поток СКЛ (Shea & Smart, 1982 Cramp et al., 1997):

  • (1)

    (N/N)J возрастание на данной станции, связанное с СКЛ, по отношению к фону ГКЛN

    J//(R) = JoR-*- дифференциальныйжесткостнойспектрРСП

    * =  + ·(R-1), - увеличение наклона спектра на 1 ГВ;

    S(R) удельная функция сбора (Debrunner et al., 1984);

    θeff(R) - питч-угол (угол между осью анизотропии,  и и асимптотическим направлением прихода частицы с жесткостью R)

    A(R) = 1 для разрешенных и 0 для запрещенных траекторий

    F(θ(R)) ~ exp(-θ2/C)форма питч-углового распределения для РСП (Shea and Smart, 1982)

    Искомые параметры потока РСП: Jo, ,, C, ,определяются при решении задачи поиска min функции:

    SN = Σ ((N / N)j calc - (N / N)j observ)2 min(2)

Методика определения параметров потока первичных СКЛ


Title 4254025

СОБЫТИЕ 20 января 2005 г. монитора на анизотропный поток СКЛ


20 2005
Событие монитора на анизотропный поток СКЛ 20 января, 2005

X7.1 N14 W61

GOES-12


Title 4254025

Гигантское импульсообразное возрастаниена южнополярных станциях Ю.Полюс и Мак Мердо свидетельствует о приходе кратковременного коллимированного пучка релятивистских солнечных протонов из южного эклиптического направления


Modeling
Modeling возрастание

RSP characteristics in the GLE 20.01.2005 cannot be described within the framework of a particle flux from one direction. So, the best fits to observations were obtained with a model of compound RSP source consisting of two independent particle fluxes with their own parameter sets. The physical basis for such a model can be a complicated form of PAD appropriate to an initial phase of solar particle events.

Accordingly, the number of parameters in the compound model grows up to 12. A set of parameters for RSP flux derived by modeling calculations for consecutive time moments of the 20 January 2005 GLE are presented in the next Table 1.


Title 4254025

16 возрастание

N

Larc

Station

1

Apatity

17

McMurdo

2

Alma-Ata

18

Magadan

3

Athens

19

Moscow

4

Baksan

5

Barentsburg

20

Mawson

6

Calgary

21

Nain

7

Cape Shmidt

22

Norilsk

8

Erevan

23

Novosibirsk

9

Fort Smith

10

Hermanus

24

Newark

11

Inuvik

25

Oulu

12

Irkutsk

26

Potchefsroom

13

Kerguelen

14

Kingstone

27

rome

15

Kiel

28

SANAE

29

Soth Pole

30

Thule

31

Tsumeb

32

Tixie

33

Yakutsk

Сравнение наблюдаемых и модельных откликов нейтронных мониторов для двух моментов времени

Мак Мердо

Мак Мердо

ЮП

ЮП


Title 4254025

Параметры возрастание

Модельные параметры анизотропии и питч-угловых распределений

для двух потоков релятивистских солнечных протонов


Title 4254025

- GOES-11, 07:00 UT возрастание

- GOES-11, 08:00 UT

- Balloons, 08:00 UT

Профили возрастания на ряде нейтронных мониторов: Апатиты (Ap), Баренцбург(BRBG), Якутск (YKTK), Мак Мердо (MCMD), Ю.Полюс (SOPO), и установке ШАЛ (БНО) «Ковер» .

1 и 2 –моменты времени измерения спектров на рис. справа

Спектры РСП : 1a-:7.00 UT: поток 1, 2- 7.00 UT, поток 2,. 3- 8.00 UT. Точки- прямые измерения солнечных протонов на КА GOES-11 и шарах-зондах эксперимент (ФИАН-ПГИ)


Title 4254025

Modeled response возрастание

of NM-64 at South Pole

7.00 UT, ~1500%

7.30 UT, ~ 200%

Derived spectra of Fluxes 1 and 2 of RSP falling on atmosphere above South Pole

Spectrum of summary

RSP flux

Response of the South Pole

NM-64 neutron monitor


Title 4254025

Relativistic solar cosmic rays responsible for the GLE 20 January, 2005 were presented by two components: prompt and delayed ones. Theprompt component (PC) was very shortlived and extremely anisotropic. It had exponential energetic spectrum and caused the giant impulselike increase effect at Antarctic NM stations South Pole, McMurdo (Terre Adelie). The arrival direction of PC was declined from the IMF direction. Possible cause of this effect could be scattering of narrow particle beam on the sharp kinks of IMFexisting in front of the Earth during GLEonset. The delayedcomponent had the power law energetic spectrum and wider pitch-angle distribution. It was responsible for increase effect at most NM stations of the worldwide network. The PC has disappeared about 7.30 UT. After that time in the RSP flux was dominated the delayed component.


Gle 23 february 1956
GLE 23 February, 1956 January, 2005 were presented by two components: prompt and delayed ones. The


Title 4254025

GLE 23.02.1956 January, 2005 were presented by two components: prompt and delayed ones. Theг.

Динамика питч-углового

распределения

Рассчитанная ось анизотропии и линии равных

питч-углов.


Title 4254025

GLE 23.02.1956 January, 2005 were presented by two components: prompt and delayed ones. The

Динамика энергетических спектров. В начальный момент времени спектр имеет экспоненциальную форму, а затем становится степенным


Title 4254025

Параметры экспоненциального January, 2005 were presented by two components: prompt and delayed ones. TheI = JO exp (-E/EO) м-2с-1стер-1ГэВ-1

и степенного I = J1E-м-2с-1стер-1ГэВ-1

спектров в событиях GLE


Title 4254025

Simulation of Prompt Component formation in a reconnection current sheet (Bulanov, Sasarov, 1975, Perez-Peraza, Vashenyuk et al, 1992, Balabin et al., 2005)

CS

X-rays

Resulting proton spectrum has nearly

exponential form


Title 4254025

Экспоненциальная форма спектра быстрой компоненты является характерной для механизма ускорения частиц электрическим полем в импульсном процессе магнитного пересоединения. Спектр запаздывающей компоненты может формироваться механизмом стохастического ускорения в турбулентной вспышечной плазме. Такой механизм дает степенной спектр в пределе высоких энергий. Основываясь на результатах работы((Manoharan and Kundu, 2003, Ap.J.,592,597) по развитию CME в магнитных структурах солнечной короны можно предложить возможный сценарий генерации двух компонент релятивистских СКЛ. Быстрая компонента РСП генерируется во время начального энерговыделения в нулевой точке магнитного поля, связанного с магнитным пересоединением. Этот процесс сопровождается Н-альфа вспышкой, началом коронального выброса вещества (СМЕ) и радиоизлучения II типа. Частицы быстрой компоненты, ускоренные в процессе магнитного пересоединения, покидают солнечную корону, двигаясь вдоль открытых силовых линий, выходящих из окрестности нулевой точки. Поскольку структура открытых силовых линий имеет расходящуюся конфигурацию, происходит сильная фокусировка пучка частиц быстрой компоненты. Частицы запаздывающей компоненты, первоначально захваченные в низкокорональных магнитных арках, ускоряются стохастическим механизмом взаимодействуя с МГД турбулентностью вспышечной плазмы. Ускоренные частицы МК выносятся затем во внешнюю корону внутри расширяющегося КВВ. Они покидают ловушку при ее разрушении вследствие неустойчивостей, образуя протяженный по времени и гелиодолготе источник частиц.


Title 4254025

Эффекты межпланетного быстрой компоненты является характерной для механизма ускорения частиц электрическим полем в импульсном процессе магнитного пересоединения. Спектр запаздывающей компоненты может формироваться механизмом стохастического ускорения в турбулентной вспышечной плазме. Такой механизм дает степенной спектр в пределе высоких энергий. Основываясь на результатах работы

распространения


Title 4254025

The GLE of 28 October 2003 by the worldwide neutron monitors network data

d

a

b

(d) Asymptotic cones (AC) of acceptance in GSE coordinates for the NM stations at figures a-c. Solid parts of lines denote the portions of maximal response of AC. The equal pitch angle lines are depicted relative to the derived axis of symmetry direction at 12.00 UT. By and◉symbolsare marked the IMF directions (data of ACE spacecraft) from 11 to 12 UT of 28 October 2003.

( ) is derived direction of maximal intensity during the impulse-like increase at 11.25 UT.

c

(a-c) increase profiles at a number of NM

stations: AP-Apatity, Ba-Barentsburg, McM-McMurdo, No-Norilsk, CS-Cape Schmidt, TA-Terre Adelie, Mo-Moscow. Vertical arrow marks a moment of main radio onset (11:02 UT). Note the prompt initial impulse-like increase seen by Norilsk, Cape Schmidt and Moscow stations.



Title 4254025
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 28.10.2003 г.

С использованием методов математического моделирования по данным мировой сети станций нейтронных мониторов исследована динамика спектров релятивистских солнечных протонов в 12 крупных событиях 1956-2005 гг. Для всех событий показано существование двух популяций (компонент) частиц: быстрой (БК) и запаздывающей (медленной), (МК). БК регистрируется в начальной фазе события. Она имеет короткую продолжительность, сильную анизотропию и экспоненциальный энергетический спектр, характерный для ускорения электрическим полем, возникающем в локальном импульсном процессе магнитного пересоединения. Медленная компонента регистрируется через 15-30 мин после быстрой, имеет умеренную анизотропию и степенной энергетический спектр с показателем 5-6. Вероятными механизмами генерации для МК могут быть стохастическое ускорение в турбулентной вспышечной плазме и ускорение корональными ударными волнами.