Справочник

Космические лучи

Космические лучи (КЛ) - потоки заряженных частиц, протонов, ядер гелия и ядра более тяжёлых элементов, приходящих на Землю из космоса.
Частицы с энергией до 10⁹ эВ ускоряющиеся на Солнце, выделяются в отдельный класс - солнечные космические лучи (СКЛ), а частицы более высоких энергий (до 10⁹ эВ) имеют галактическое происхождение (ГКЛ).

Солнечные космические лучи На Солнце преимущественно во время хромосферных вспышек, происодит ускорение заряженных частиц, электронов и ионов, а также нейтронов и ?-квантов. Подробнее на странице СКЛ
-----------------

ГКЛ

В составе галактических космических лучей (ГКЛ) преобладают протоны, на долю остальных ядер приходится менее 10%.

Энергетический спектр

Наблюдаемый дифференциальный энергетический спектр ГКЛ (показан на Рис.1. Спектр описывается степенным законом с небольшим изменением наклона около 3·10¹⁵эВ (излом, иногда называемый коленом, knee) и около 10¹⁹эВ (ankle, лодыжка). Интегральный поток КЛ выше лодыжки равен приблизительно 1 частице на км² в год.
Поток ГКЛ характеризуется высокой степенью изотропии (не более 0.1% до 10¹⁴эВ). При увеличении энергии коэффициент анизотропии КЛ возрастает до нескольких десятков процентов при энергиях >10¹⁹эВ.
По принятой теории происхождения (Гинзбург и Сыроватский) источником ГКЛ следует считать взрывы сверхновых в нашей Галактике.
Время жизни ГКЛ, т.е., время их пребывания в Галактике, равно ~3.10⁷ лет, что на 4 порядка превышает время, необходимое для пересечения Галактики при движении по прямой. Их движение может быть в хорошем приближении описано как диффузия.
Исследование ГКЛ проводятся либо непосредственно, т.е., прямой регистрацией частиц ГКЛ на баллонах и спутниках, либо с использованием косвенных методов, основывающихся на исследовании характеристик широких атмосферных ливней (ШАЛ), возникающих в результате развития каскадного процесса в атмосфере. Граница между прямыми и косвенными экспериментами проходит между энергиями 10¹⁴–10¹⁵ эВ.

Вариации космических лучей

Однородный вне солнечной системы поток ГКЛ в межпланетном пространстве испытывает воздействие атмосферы Земли, земного магнитного поля и неоднородного по структуре магнитного поля Солнца и солнечного ветра Все это приводит к появлению временных вариаций ГКЛ, которые делятся на соответствующие классы.
Вариации можно разделить на реккурентные и спорадические. К рекуррентным относятся суточные, 27-дневные, годовые и 11-летние вариации, к спорадическим — Форбуш -эффекты.
Кратко опишем их, отсылая читателей к более подробной литературе.
В СССР над исследованием вариаций ГКЛ работала большая группа ученых (Л.И. Дорман, А.Н. и Т.Н. Чарахчьяны, Г.Ф. Крымский, Л.Х. Шаташвили, Е.В. Коломеец, В.Д. Соколов , Н. Каминер, Я. Блох и многие другие) и было издано изрядное число книг, перечень некоторых можно у нас найти на СиЗиФе .

Суточная вариация (точнее солнечно-суточная, т. к. есть еще слабая лунно-суточная) связана с наличием анизотропии ГКЛ из-за различия общей структуры магнитного поля солнечного ветра в солнечном и анти-солнечном направлении. Амплитуда суточной вариации меняется с циклом солнечной активности и составляет максимально около 2% в нейтронных мониторах на уроне моря. Пример графика часовых значений нейтронного монитора в Апатитах (исправленных по давлению) показывает наличие суточной волны и ее усиление во время Форбуш-эффекта.

На втором рисунке показана средняя за период МГГ солнечно-суточная вариация, сумморованная по данным 12 среднеширотных нейтронных мониторов.

27-дневная вариация с амплитудой до 10% связана с вращением Солнца и соответствующими вариациями структуры ММП (секторной структуры в частности), и магнитной активностью, влиянием магнитосферных процессов (рекуррентными магнитными бурями и пр.). В годы минимума солнечной активности 27-дневная волна пропадает, в максимуме усиливается. На рис показана полученная методом наложения эпох 27-дневная волна в измерениях космических лучей в Якутске в максимуме солнечной активности 1957-1958 гг.

Рис слева сверху вниз:
- наземный нейтронный монитор с поправкой на давление,
- жесткая компонента с поправкой на давление,
- жесткая компонента с поправкой на давление и температуру,
- жесткая компонента под землей (20м) с поправкой на давление,
- жесткая компонента под землей (60м) с поправкой на давление.

11-летние вариации ГКЛ наблюдаются наземными, стратосферными и спутниковыми инструментами в антифазе с 11-летним циклом солнечной активности. На рисунка внизу показаны кривые регистрации 11- летней вариации ГКЛ на уровне Земли, в стратосфере и в межпланетном пространстве (предоставленные М.Б. Крайневым).

ФОРБУШ-ЭФФЕКТ

Понижение интенсивности космических лучей, вызванное экранированием окрестностей Земли потоком высокоскоростной плазмы солнечного ветра. Названо в честь одного из пионеров исследования космических лучей.
В качестве источников скоростных потоков полагают корональные выбросы масс и/или хромосферные вспышки.

Форбуш-эффект большой амплитуды 29.10 -10 .11. 2003 и Форбуш-понижения небольшой амплитуды 15 и 20 11.03
Эффект Форбуша часто связан с магнитными бурями, реккурентными или с внезапным началом.

Более подробно о ГКЛ - см. обзор Н.Н. Калмыкова, Г.В. Куликова, Т.М. Рогановой "ГАЛАКТИЧЕСКИЕ КОСМИЧЕСКИЕ ЛУЧИ"
Л. И. Дорман и Е. Л. Фейнберг ВАРИАЦИИ КОСМИЧЕСКИХ ЛУЧЕЙ (PDF)