Research of sun ultrarays

Регулярные запуски радиозондов космических лучей позволяют регистрировать вторжения в атмосферу солнечных космических лучей (СКЛ), которые в основном состоят из энергичных протонов. Падающий энергетический спектр приводит к тому, что такие случаи наблюдаются обычно в полярных широтах – в Мурманской области, куда проникают протоны с энергией ~100 МэВ, и в Мирном, куда проникают протоны меньших энергий. Во время солнечного протонного события характер переходной кривой космических лучей в стратосфере изменяется, как видно на рис. 1

Рис. 1. Данные одиночного счетчика в стратосфере на ст. Апатиты (67º33' с.ш. 33º20' в.д.) во время солнечного протонного события 20 января 2005 г. Фоновая кривая обусловлена галактическими космическими лучами по измерениям накануне солнечного события. Разные значки, обозначающие солнечные протоны, относятся к разному времени измерений. 

Энергетический спектр солнечных протонов определяется по данным стратосферных измерений после вычитания галактического фона и учета поглощения протонов а воздухе. Описание методики и основных экспериментальных результатов дано в [1]. Стратосферные данные относятся к энергиям ~100-500 МэВ и хорошо согласуются с потоками и спектрами солнечных протонов, полученными при измерениях на спутниках при Е<100 МэВ [2] и наземных нейтронных мониторах (Е>1000 МэВ) [3], как показано на рис. 2.

Рис. 2. Энергетический спектр солнечных протонов, полученный по данным наблюдений разными приборами в 08 UT 20 января 2005 г. Точка при Е>150 МэВ получена экстраполяцией спектра в стратосфере в область меньших энергий.

Во время солнечных протонных событий запуски радиозондов производятся чаще, чем в спокойное время, что позволяет судить о временном ходе потоков СКЛ.                        Пример дан на рис. 3.

Стратосферные измерения КЛ, начатые в 1957 г., позволили впервыепоказать, что вторжения СКЛ в атмосферу в годы высокой солнечной активностипроисходят с частотой 5 – 10 событий в год, тогда как раньше с помощью наземных приборов такие события наблюдались один раз в несколько лет [5]. На рис. 4 показаны время регистрации и интенсивность солнечных протонов с Е>100 МэВ в максимуме временного профиля события СКЛ (см. рис.3) для событий, зарегистрированных в стратосфере с 1958 г. по настоящее время.

Рис. 3. Временной ход интенсивности солнечных протонов разных энергий после вспышки 20 января 2005 г. Данные о протонах  с Е >(10 –100) МэВ получены на геостационарном спутнике GOES 10,  протоны с Е>150 МэВ по измерениям в стратосфере, Е> 1000 МэВ по данным измерений на нейтронном мониторе в Апатитах [4]. Фон от ГКЛ вычтен.

Рис.4.  Время регистрации и максимальная интенсивность (J>100 МэВ) солнечных протонов с Е>100 МэВ (вертикальные зеленые отрезки) по данным измерений в стратосфере на фоне временных изменений числа солнечных пятен

(число Вольфа, оранжевая кривая).

Основные научные результаты, полученные с использованием данных стратосферных измерений СКЛ, касаются связи мощных протонных событий с вспышками на Солнце и ударными волнами, связанными с выбросами корональной массы [1, 6, 7]. Все солнечные протонные события, в которых наблюдались протоны с Е>500 МэВ, имеют тесную связь с солнечными вспышками,  которая возрастает с увеличением балла рентгеновской вспышки на Солнце. Гелиодолготное распределение родительских вспышек и временные характеристики релятивистских солнечных протонов свидетельствуют о том, что вклад ускорения на ударной волне, связанной с выбросом корональной массы, не может быть определяющим для этих протонов. В то же время ускорение на ударной волне вносит вклад в популяцию солнечных протонов с энергией сотни МэВ, и этот вклад увеличивается для протонов меньших энергий.

Литература

1. Базилевская Г.А., Крайнев М.Б., Махмутов В.С., Свиржевская А.К., Свиржевский Н.С., Стожков Ю.И., Вашенюк Э.В. Солнечные протонные события по наблюдениям в стратосферном эксперименте ФИАН. - Геомагнетизм и аэрономия, 2003, т. 43, ? 4, с. 442-452.

2. http://spidr.ngdc.noaa.gov/spidr

3. Вашенюк Э.В., Балабин Ю.В., Гвоздевский Б.Б. Релятивистские солнечные протоны в событии 20 января 2005 г. Модельные исследования - Геомагнетизм и аэрономия, 2006, т. 46, ? 4, с. 449–455.

4. http://pgi.kolasc.net.ru/CosmicRay/

5. Чарахчьян А.Н. Исследование флуктуаций интенсивности космических лучей в стратосфере, вызываемых  процессами на Солнце. - УФН, 1964, т. 83, вып. 1, с. 35-62.

6. Bazilevskaya G.A., Sladkova A.I., Svirzhevskaya A.K. Features of the solar X-ray bursts related to solar energetic particle events. Adv. Space Res., 2006, v. 37, No. 8, p. 1421-1425.

7. Bazilevskaya G.A. Energy spectrum of solar cosmic rays in large events. - In: A. Chilingarian, G. Karapetyan (eds.), Proc. 2nd International Symposium "Solar Extreme Events: Fundamental Science and Applied Aspects". Library of Congress Cataloging-in-Publishing Data, 2006, p. 31-36.