Модуляционные эффекты в космических лучах - Галактические космические лучи
Интерес к исследованию КЛ с энергиями E<1012 эВ связан с изменением потоков частиц во времени и пространстве и их зависимостью от уровня солнечной активности. КЛ, приходящие в околосолнечное пространство из нашей Галактики, испытывают воздействие межпланетных магнитных и электрических полей, и их движение похоже на беспорядочные перемещения броуновских частиц в жидкости. Околосолнечное пространство заполнено магнитным полем и движущимся в радиальном направлении от Солнца ионизованным солнечным газом - солнечным ветром. Солнечный ветер обычно имеет на орбите Земли скорость 400-500 км/с и плотность частиц 5-10 см-3. В отличие от земной атмосферы солнечный ветер состоит не из нейтральных молекул, а в основном из ионизованных атомов водорода и электронов. Этот ионизованный, но электрически нейтральный газ захватывает и уносит с собой солнечное магнитное поле, которое заполняет околосолнечное пространство и образует межпланетное магнитное поле. Из-за вращения Солнца вокруг своей оси с периодом 27 суток это магнитное поле закручивается в спираль. Напряженность межпланетного магнитного поля у орбиты Земли составляет примерно 7-10-5 Э, что на много порядков меньше напряженности магнитного поля на поверхности Земли ( ~0,5 Э).
Квазисферическая область пространства вокруг Солнца, имеющая радиус примерно 100 а. е., заполненная движущейся солнечной плазмой с вмороженным в нее магнитным полем, называется гелиомагнитосферой.
Гелиомагнитосфера разделена нейтральным токовым слоем на два полушария, в которых магнитные поля имеют противоположные направления. Магнитные силовые линии в гелиомагнитосфере имеют многочисленные изгибы и изломы, называемые магнитными неоднородностями, возникающими из-за неоднородностей солнечного магнитного поля, изменений скорости и плотности солнечного ветра, а также зависимости этих величин от гелиошироты и гелиодолготы.
КЛ, распространяясь в гелиомагнитосфере, рассеиваются на движущихся со скоростью солнечного ветра магнитных неоднородностях и уносятся за пределы гелиомагнитосферы. Для КЛ больших энергий ( E>1011 эВ) процессы их рассеяния и конвективного выноса несущественны, и из межзвездной среды практически все частицы столь высоких энергий попадают на орбиту Земли. Однако с уменьшением энергии все меньшее число частиц способно достичь орбиты Земли. Доля частиц галактических КЛ (ГКЛ), которая доходит до орбиты Земли от границы гелиомагнитосферы, будет тем меньше, чем меньше энергия частиц и чем больше плотность магнитных неоднородностей межпланетного магнитного поля, а также чем больше скорость солнечного ветра. Плотность магнитных неоднородностей сильно зависит от уровня солнечной активности. В меньшей степени от уровня солнечной активности зависит скорость солнечного ветра. Так что наблюдаемая интенсивность ГКЛ внутри гелиомагнитосферы определяется уровнем солнечной активности.
Рис. 4. а - временные вариации среднегодового числа W солнечных пятен. Знаки "+" и "-" соответствуют направлению магнитных полей в полярных районах Солнца и в гелиосфере.
Желтые полосы обозначают периоды инверсий общего магнитного поля Солнца. б - временные вариации среднегодовых значений потока ГКЛ, имеющих энергию E>0,1 ГэВ (1) и 0,1<E<1,5 ГэВ (2)
Для изучения особенностей долговременного поведения КЛ было организовано их непрерывное наблюдение. В конце 50-х годов к началу Международного геофизического года во всем мире была создана сеть станций КЛ. В нашей стране такую сеть организовал С. Н. Вернов. Каждая станция включала в себя нейтронный монитор - прибор, регистрирующий вторичную ядерно-активную компоненту КЛ (в основном нейтроны), образующиеся при взаимодействиях КЛ с ядрами атомов воздуха. Так как станций было создано достаточно много и они были расположены более или менее равномерно по всему земному шару, одновременные показания этих приборов позволили получать мгновенную картину распределения потоков КЛ в межпланетной среде.
Экспериментальные данные показывают следующее. Во-первых, в КЛ наблюдается отчетливый 11-летний цикл. Когда Солнце спокойно и солнечная активность минимальна, поток КЛ в гелиосфере и на орбите Земли достигает максимальных значений. При активном Солнце поток КЛ минимален. На рис. 4,а приведен временной ход уровня солнечной активности (среднегодовое число солнечных пятен), а на рис. 4,б - временной ход потока ГКЛ. Видна цикличность и четкая противофазность приведенных кривых. Кроме того, на рис. 4,а показаны направления полярных магнитных полей Солнца в этот же период. Если принять в качестве положительной фазы 22-летнего солнечного магнитного цикла те эпохи, когда магнитные поля в северной полярной шапке направлены наружу от Солнца, а в южной полярной шапке - внутрь Солнца, то на приведенных кривых видно, что КЛ ведут себя по-разному в положительной и отрицательной фазах 22-летнего солнечного магнитного цикла. В отрицательные фазы (1960-1968 годы и 1982-1989 годы) кривая изменения потока КЛ имеет остроконечную форму. В положительные фазы (1972-1980 годы и с 1992 года по настоящее время) во временных изменениях потока КЛ наблюдается плато. Такое различие в поведении КЛ, когда магнитные поля в межпланетной среде различаются знаком, связано с различным направлением скорости дрейфа заряженных частиц в квазирегулярных магнитных полях гелиомагнитосферы.
Наряду с долговременными вариациями КЛ, связанными с 11- и 22-летними солнечными циклами, КЛ испытывают более короткопериодические изменения. К ним прежде всего относятся 27-дневные вариации КЛ, обусловленные вращением Солнца. 27-дневные вариации КЛ отчетливо проявляются в периоды развитой солнечной активности и слабо выражены в годы спокойного Солнца. Как правило, амплитуда этих вариаций не превышает 2 % от величины полного потока.
Суточные изменения КЛ связаны с вращением Земли и неизотропным распределением потока КЛ в гелиосфере. Существует класс периодических или квазипериодических вариаций КЛ, связанных, например, с годовым вращением Земли вокруг Солнца, изменением положения Земли относительно плоскости солнечного экватора и пр.
Наряду с квазипериодическими вариациями КЛ существуют их спорадические изменения, называемые форбуш-понижениями, суть которых состоит в следующем. Внезапно в течение нескольких часов или меньше поток КЛ, регистрируемый наземными станциями в атмосфере Земли или на искусственных спутниках, начинает резко падать. В некоторых случаях амплитуда этого падения может достигать десятка процентов. Такие события происходят после мощных взрывов на Солнце. Образовавшаяся ударная волна распространяется в межпланетную среду с огромной скоростью, достигающей 1000 км/с и более. Эта ударная волна несет перед собой усиленное солнечное магнитное поле, которое не позволяет заряженным частицам проникать внутрь высокоскоростного потока. Поэтому, когда Земля оказывается за фронтом ударной волны этого потока, интенсивность КЛ резко спадает. Поскольку вспышки на Солнце происходят чаще всего в годы высокой солнечной активности и соответственно в эти периоды наиболее часто генерируются ударные волны, форбуш-понижения наиболее часто наблюдаются в годы активного Солнца. Часто форбуш-понижения происходят в периоды мощных возмущений земного магнитного поля (во время геомагнитных бурь), которые также вызываются воздействием высокоскоростного потока солнечного ветра на магнитное поле Земли.
В начале 70-х годов изучение КЛ малых энергий, проводимое на космических аппаратах, привело к открытию аномальной компоненты КЛ (АКЛ). Ее составляют не полностью ионизованные атомы He, C, N, O, Ne и Ar. Аномальность проявляется в том, что в области энергий от нескольких единиц до нескольких десятков МэВ/нуклон спектр частиц АКЛ существенно отличается от спектра ГКЛ. Здесь наблюдается возрастание потока частиц, связанное, как полагают, с ускорением ионов в ударной волне на границе гелиомагнитосферы и последующей диффузией этих частиц во внутренние районы гелиосферы. Кроме этого, распространенность элементов АКЛ значительно отличается от соответствующих величин в ГКЛ.
Похожие статьи
-
Солнечные космические лучи - Галактические космические лучи
Солнце само также является источником солнечных космических лучей (СКЛ). СКЛ - это заряженные частицы, ускоренные во вспышечных процессах на Солнце до...
-
Космические лучи в магнитосфере и атмосфере Земли - Галактические космические лучи
КЛ, прежде чем достигнуть поверхности Земли, должны пройти земное магнитное поле (магнитосферу) и земную атмосферу. Магнитное поле Земли имеет сложную...
-
Галактические космические лучи
Космические лучи, которые постоянно регистрируются на Земле, поступают из источников в нашей Галактике, пока энергии ниже 1015-1018 эВ. Это вытекает из...
-
Гамма-астрономия высоких и сверхвысоких энергий - Галактические космические лучи
КЛ образуются не только при взрывах сверхновых звезд. Источниками КЛ могут быть и другие космические объекты (пульсары, квазары и пр.). Можно с большой...
-
Введение - Галактические космические лучи
Конец XIX - начало XX века ознаменовались новыми открытиями в области микромира. После открытия рентгеновских лучей и радиоактивности были обнаружены...
-
Угрозы из космоса - Чрезвычайные ситуации космического характера
В начале проведем общую характеристику космоса, а также его объектов которые непосредственно могут представлять угрозу для планеты Земля. "Космос"...
-
Заключение, Литература - Галактические космические лучи
КЛ представляют собой интереснейшее явление природы, и, как все в природе, оно тесно связано с другими процессами в звездных объектах, в нашей Галактике,...
-
Галактические космические лучи - Галактические космические лучи
КЛ используются для изучения ядерных взаимодействий частиц. В области высоких энергий, которые пока недостижимы на современных ускорителях, космические...
-
Космические характеристики, Магнитосфера - Планета Сатурн
Сатурн гексагон планета кольцо При пролете около Сатурна АМС "Вояджер-1" обнаружила явления, которые, по-видимому, представляют собой интенсивные...
-
Примерно 70% галактик имеет спиральную структуру [10,11]. Спиральная структура галактик образуется образуется спиральными волнами плотности, возникающими...
-
Солнце - источник энергии! - Солнце
О солнце и его энергии написаны сотни книг. О нем пишут физики и химики, астрономы и астрофизики, географы и геологи, биологи и инженеры. И в этом нет...
-
Галактическая орбита - Солнечная система
Структура Млечного Пути. Расположение Солнечной системы обозначено большой желтой точкой Солнечная система является частью Млечного Пути -- спиральной...
-
Как и все тела в природе, звезды не остаются неизменными, они рождаются, эволюционируют, и наконец "умирают". Чтобы проследить жизненный путь звезд и...
-
О том, что на Солнце бывают пятна, люди узнали уже очень давно. В древних русских и китайских летописях, а также в хрониках других народов не редко...
-
Сущность метеоритов и комет - Чрезвычайные ситуации космического характера
Метеорит -- твердое тело космического происхождения, упавшее на поверхность Земли. Большинство найденных метеоритов имеют вес от нескольких граммов до...
-
Магнитное поле Земли - Магнитное поле Земли
Механизм возникновения, предложения по его экспериментальной проверке и использованию. Существует ряд гипотез, объясняющих возникновение магнитного поля...
-
Солнечный ветер и межпланетные магнитные поля - Солнце
В конце 50-х годов XX века американский астрофизик Юджин Паркер пришел к выводу, что, поскольку газ в солнечной короне имеет высокую температуру, которая...
-
Государство Описание разработки Принцип работы США Для решения проблемы вывода с орбиты Это -- электродинамический фал. Он Отработавшего Спутника...
-
Это как правило, большие каменные глыбы, которые приходят из пояса астероидов, расположенного между орбитами Марса и Юпитера. Иногда их орбиты изменяются...
-
Возраст - 4,5682±0,0006 млрд лет Расположение - Местное межзвездное облако, Местный пузырь, рукав Ориона, Млечный Путь, Местная группа галактик Масса -...
-
Методика расчета направления неустойчивости - Космический аппарат
Эффективная коррекция орбиты КА в окрестности точки либрации подразумевает изменение скорости КА с целью компенсации влияния возрастающей компоненты (4)....
-
В отличие от других природных катастроф (землетрясений, извержений вулканов, наводнений и др.) падение крупных тел на Землю можно заранее предвычислить...
-
Выводы - Влияние пусков ракет космического назначения на экологию Земли
1. На основании изложенного можно заключить, что планета Земля со своим магнитным полем представляет собой магнитодинамическую машину в стационарном...
-
Проблема засорения околоземного пространства вышедшими из строя спутниками и их фрагментами становится все более острой. Сейчас на орбите находится около...
-
Совокупность нестационарных явлений на Солнце. К этим явлениям относятся солнечные пятна, солнечные вспышки, факелы, флоккулы, протуберанцы, корональные...
-
Эволюция звезд - Космические тела
Как и все тела в природе, звезды не остаются неизменными, они рождаются, эволюционируют, и, наконец "умирают". Чтобы проследить жизненный путь звезд и...
-
Сценарий Большого взрыва - Космические тела
Как и любая схема, претендующая на объяснение данных о спектре микроволнового космического излучения, химического состава догалактического вещества и...
-
Первый в мире космический полет человека - Первый полет человека в космос
12.04.1961 года в Советском Союзе выведен на орбиту Земли первый в мире Космический корабль с человеком на борту - "Восток". Пилотом-космонавтом этого...
-
Возмущенное движение - Возмущенное движение космического аппарата
Описание и изучение орбит КА на основе решения ограниченной задачи двух тел является лишь первым этапом при определении реальных движений тел любой...
-
Вспышки на Солнце и их воздействие на Землю - Физика солнечных явлений
В процессе развития активной области иногда возникают ситуации, при которых возможна быстрая перестройка ("перезамыкание") магнитных полей. Эта...
-
Темные туманности - Космические туманности
Туманность Конская Голова Темные туманности представляют собой плотные (обычно молекулярные) облака межзвездного газа и межзвездной пыли, непрозрачные...
-
Космический лифт Идею космического лифта впервые описал в своих трудах русский ученый - Константин Циолковский. В 1895 г. он предложил возвести...
-
Третья и четвертая космические скорости - Космические скорости
Кроме этих общепринятых существуют еще две редкоупотребимые величины: 3-я и 4-ая космические скорости - это скорости ухода, соответственно, из Солнечной...
-
Характеристика орбиты - Исследование движения центра масс малого космического аппарата (МКА)
Для решения задач наблюдения Земли из космоса с хорошим разрешением при жестких ограничениях на массу КА и минимизации затрат на выведение целесообразно...
-
Эффективная коррекция орбиты КА в окрестности точки либрации подразумевает изменение скорости КА с целью компенсации влияния возрастающей компоненты (4)....
-
Космические лучи, Межзвездное магнитное поле - Газопылевые комплексы. Межзвездная среда
Космимческие лучим -- элементарные частицы и ядра атомов, движущиеся с высокими энергиями в космическом пространстве. Их основным (но не единственным)...
-
Прием спутниковой информации - Космические средства дистанционного зондирования Земли
Станции для приема информации со спутников на Земле (называмые земными) содержат антенну с опорно-поворотным устройством (ОПУ), радиоприемное устройство...
-
Первый в мире космический полет человека - Полеты человека в космос
12.04.1961 года в Советском Союзе выведен на орбиту Земли первый в мире космический корабль с человеком на борту - "Восток". Пилотом-космонавтом этого...
-
Космическая безопасность планеты - Космическая безопасность планеты
"Космос" по-гречески - это порядок, устройство, стройность (вообще, нечто упорядоченное). Философы Древней Греции понимали под словом "космос"...
-
КАК СОЛНЦЕ ВЛИЯЕТ НА ЗЕМЛЮ - Солнце, его строение и особенности
Солнце освещает и согревает нашу планету, без этого была бы возможна жизнь на ней не только человека, но даже микроорганизмов. Солнце - главный (хотя и...
Модуляционные эффекты в космических лучах - Галактические космические лучи