Irkutsk, Russian Federation
employee from 01.01.1999 until now
Irkutsk, Irkutsk region, Russian Federation
Irkutsk, Russian Federation
UDK 53 Физика
We study the 27-day cosmic-ray (CR) intensity variation occurring in November–December 2014, using ground-based measurements from the worldwide network of neutron monitors and GOES-15 satellites. A determining factor in the considerable difference between amplitudes of the 27-day CR variation in November–December 2014 is shown to be significant changes in energy losses taking place when particles move in regular heliospheric electromagnetic fields. In this period, there was a long-living corotating trap produced by a vast coronal hole in the south of the Sun in interplanetary space. Configuration of this trap induced the energy loss of ~3–20 GeV CRs, due to which ground-based neutron monitors recorded an abnormally large amplitude of the 27-day variation.
cosmic-ray modulation, solar activity, 27-day variations
ВВЕДЕНИЕ
Важной особенностью межпланетного пространства является его секторная структура. Это означает, что в плоскости эклиптики может существовать четное число секторов с различным направлением радиальной компоненты межпланетного магнитного поля (ММП).
Секторная структура ММП связана с существованием нейтрального токового слоя, разделяющего полусферы, в которых радиальная компонента имеет противоположное направление (поскольку магнитный поток через любую замкнутую поверхность равен нулю, магнитное поле в разных областях пространства должно быть направлено в противоположные стороны). Каждые 22 года магнитное поле Солнца меняет знак — происходит переполюсовка. Токовый слой находится приблизительно в плоскости солнечного экватора и имеет гофрированную структуру — он попеременно отклоняется к северу и югу от экватора. В результате вращения Солнца складки токового слоя закручиваются в спирали.
Земля, двигаясь в межпланетном пространстве, попадает в секторы с различным направлением радиальной компоненты ММП. Из-за долготных и широтных градиентов скорости солнечного ветра (СВ), имеющих место вблизи Солнца, по мере удаления от него возникают радиальные градиенты скорости, которые приводят к образованию бесстолкновительных ударных волн вблизи границ секторов. Такие волны возникают на расстояниях от 1 а.е. и прослеживаются до расстояний нескольких а.е.
Если комплекс активности существует в течение нескольких оборотов Солнца, то из-за того что магнитная неоднородность как бы привязана к определенной силовой линии, «выходящей» из данного меридиана, она будет вращаться вместе с Солнцем. Распространение КЛ в гелиосфере при наличии таких неоднородностей вызывает 27-дневную вариацию. Исследованию влияния коротирующих структур СВ на поведение КЛ посвящены многочисленные работы, например [Lee et al., 2010; Modzelewska, Alania, 2013; Gil, Alania, 2016].
Обычно амплитуда 27-суточной вариации нейтронной компоненты КЛ, измеренная на уровне моря, не превышает ~0.7–1.0 % от спокойного уровня [Дорман, 1963].
Начиная со второй половины 2014 г. до марта 2015 г. на станциях КЛ мировой сети наблюдалась 27-дневная вариация аномально большой амплитуды [Gil, Mursula, 2015]. Так, на станции КЛ Иркутск (пороговая жесткость R=3.66 ГВ), расположенной на высоте 433 м, размах амплитуды 27-дневной вариации КЛ в ноябре–декабре 2014 г. составила ~8 %.
По данным [http://www.solarmonitor.org] во второй половине 2014 г. в районе южного полюса Солнца существовала огромная корональная дыра, что привело к асимметричной магнитной конфигурации на средних и высоких гелиоширотах. Наклон токового слоя в ноябре–декабре составлял ~52° [http://wso.stanford.edu]. Кроме того, в этот период на Солнце происходила переполюсовка [http://wso. stanford.edu].
В данной работе дается интерпретация аномально большой амплитуды 27-дневной вариации КЛ в ноябре–декабре 2014 г.
1. Dorman L.I. Variatsii kosmicheskikh luchei I issledovanie kosmosa [Cosmic ray: variations and space exploration] Moscow, AN SSSR Publ., 1963. 1028 p.
2. Dvornikov V.M., Sdobnov V.E. Variations in the rigidity spectrum and anisotropy of cosmic rays at the period of Forbush effect on 12–15 July. Intern. J. Geomagn. Aeron. 2002, vol. 3, no. 3, p. 217.
3. Dvornikov V.M., Sdobnov V.E., Sergeev A.V. Analysis of cosmic ray pitch-angle anisotropy during the June 1972 Forbush effect by method of spectrografic global survey. Proc. 18th ICRC. Bangalore. India. 1983, vol. 3, p. 249.
4. Dvornikov V.M., Kravtsova M.V., Sdobnov V.E. Diagnostics of electromagnetic characteristics of the interplanetary medium based on cosmic ray effects. Geomagnetism and Aero- nomy. 2013, vol. 53, iss. 4, pp. 430–440.
5. Gil A., Alania M.V. Energy spectrum of the recurrent variation of galactic cosmic rays during the solar minimum of cycles 23/24. Solar Phys. 2016, vol. 291, iss. 6, pp. 1877–1886. DOI: 10.1007/ s11207-016-0924-z.
6. Gil A., Mursula K. Exceptionally strong variation of galactic cosmic ray intensity at solar rotation period after the maximum of solar cycle 24. Proc. the 34th International Cosmic Ray Conference, 30 July — 6 August, 2015, The Hague, The Netherlands. PoS(ICRC2015)149.
7. Krymsky G.F. Modulyatsiya kosmicheskijh luchei v mezhplanetnom prostranstve [Cosmic ray modulation in the interplanetary medium]. Moscow, Nauka, 1969, 152 p.
8. Lee C.O., Luhmann J.G., de Pater I., Mason G.M., Haggerty D., Richardson I.G., Cane H.V.,·Jian L.K., Russell C.T., Desai M.I. Organization of energetic particles by the solarwind structure during the declining to minimum phase of solar cycle 23. Solar Phys. 2010, vol. 263, iss. 1–2, pp. 239–261. DOI: 10.1007/s11207-010-9556-x.
9. Modzelewska R., Alania M.V. The 27-day cosmic ray intensity variations during solar minimum 23/24. Solar Phys. 2013, vol. 286, iss. 2, pp. 593–607. DOI: 10.1007/s11207-013-0261-4.
10. URL: http://www.solarmonitor.org (accessed September 8, 2018).
11. URL: http://wso.stanford.edu (accessed September 8, 2018).
12. URL: http://satdat.ngdc.noaa.gov./sem/goes/data/new_avg (accessed September 8, 2018).
13. URL: https://omniweb.gsfc.nasa.gov/ow.html (accessed September 8, 2018).
