WWW.DIS.KONFLIB.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

 
<< HOME
Научная библиотека
CONTACTS

Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 | 6 |   ...   | 20 |

Характеристики форбуш-эффектов и их связь с солнечными, межпланетными и геомагнитными возмущениями

-- [ Страница 4 ] --

1.3. Метод глобальной съемки Мировая сеть станций КЛ регистрирует вариации вторичных частиц, образующихся в атмосфере Земли при взаимодействии с ней падающего первичного космического излучения. В общем виде вариации скорости счета НМ можно записать так:

N N ВН N АТ N МАГ N АП

где – вариации внеземного происхождения, зависящие от солнечной активности и процессов, происходящих в межпланетной среде; – атмосферные вариации, связанные с взаимодействием КЛ с веществом происхождения, обусловленные состоянием земной магнитосферы в период измерения; – вариации аппаратурного происхождения; – случайная часть вариации. Именно вариации внеземного происхождения представляют основной интерес при исследовании солнечно-земных связей, но для их надежного выделения из данных регистрации вторичной компоненты КЛ нужно уметь учитывать вариации атмосферного и магнитосферного происхождения.

Необходимость иметь глобальные параметры КЛ, независимые от положения точки наблюдения на Земле, привела к созданию особых методов, которые используют данные с как можно большего числа станций, распределенных по земному шару. Одна из самых первых и самых успешных реализаций такого метода была создана в Якутске [17-20,33] и получила название метода глобальной съемки – GSM (Global Survey Method). Примерно в тоже время свою методику предложили японские исследователи [144]. Немного позже, в 70-х годах, модификация этого метода была разработана в ИЗМИРАН [40,41] и применена для обработки нескольких событий в октябре 1969 г.

Группа Иркутских исследователей разработала свою версию – глобальноспектрографический метод [24,81,82], который стал самым сложным и многоцелевым из существующих в мире методов обработки данных нейтронных мониторов, с последующим включением определения вариаций планетарного распределения жесткостей геомагнитного обрезания и вычисления второй гармоники анизотропии КЛ [9,22,156].

В сущности, во всех вариантах – это метод сферического анализа, где используется разложение вариации КЛ по сферическим гармоникам. Если бы сеть наблюдательных станций была расположена не на поверхности Земли, а за пределами атмосферы и магнитосферы, то задача сводилась бы просто к сферическому анализу.

Фактически, GSM является объединением трех методов: метода функций связи, траекторных расчетов частиц в магнитном поле и метода сферического анализа. Определение функций связи осуществляет переход от вариаций КЛ в точке наблюдения (скорости счета НМ) к ожидаемым вариациям на границе атмосферы, т.е. позволяет учесть взаимодействие первичных и вторичных частиц различных энергий с веществом атмосферы [10,12,13,15,72]. Второй составляющей является метод траекторных расчетов частиц в магнитном поле Земли. Земная магнитосфера отклоняет приходящие частицы различных энергий от первоначального направления их движения (асимптотического) в околоземном космическом пространстве и действует как своего рода спектрометр. Возмущения магнитного поля Земли могут приводить к существенному изменению траекторий заряженных частиц в магнитосфере, вплоть до того, что разрешенные в спокойной магнитосфере траектории частиц могут стать запрещенными [14]. Вследствие изменения магнитного поля Земли изменяются, во-первых, эффективные пороги обрезания; во-вторых, эффективные асимптотические направления для станций. Траекторные расчеты для частиц различных энергий, приходящих в различные точки земного шара, выполненные для всех станций мировой сети [137,138,167], позволяют учесть влияние магнитосферы на первичные КЛ через приемные коэффициенты, куда включен также учет влияния атмосферы. Метод расчета таких коэффициентов и сами коэффициенты приведены в работах [33,42,123,145,198]. Использование этих коэффициентов делает возможным переход от наблюдаемых вариаций вторичной компоненты КЛ (скорость счета детектора) к вариациям внеземного происхождения, отражающим влияние структуры и динамики гелиосферы.

Третьей частью метода глобальной съемки является метод сферического анализа (см., напр., [6,17-19,29,144]), который позволяет выделить значимые для конкретной задачи сферические гармоники для дальнейшего анализа.

Кроме того, этот метод позволяет выделить и исследовать изотропную и анизотропную вариации интенсивности КЛ за пределами магнитосферы в произвольные временные интервалы, благодаря чему становится возможным исследовать разнообразные возмущения солнечного ветра, характерные времена и масштабы которых иногда настолько малы, что метод солнечносуточных вариаций мало помогает при их изучении [6].

Рассмотрим подробнее суть метода. Интенсивность КЛ, как и любая функция, может быть представлена разложением по сферическим гармоникам (см., напр., [198]).

где Pn – присоединенные функции Лежандра, а и – широтный и азимутальный асимптотические углы в выбранной системе координат (в частности, это может быть географическая система), n – это номер гармоники, а m – номер составляющей для выбранной гармоники.

После введения в первичные данные поправок на локальные эффекты наземную вариацию скорости счета нейтронной компоненты (1.3.1) на i-ой станции можно записать в виде суммы нулевой, первой и второй гармоник:

связанные с методикой обработки данных, недоучтенные метеорологические и несовершенством используемой модели [6]. В свою очередь, вариация скорости счета для i-ой станции может быть записана через приемные коэффициенты как:

Здесь ak – это амплитуда соответствующей составляющей вариации КЛ при выражением:

где и – зенитный и азимутальный углы прихода частиц в локальной системе координат; W(R) – коэффициенты связи прибора; N(,) – диаграмма направленности прибора (т.е. чувствительность прибора к частицам, падающим на него под различными углами). В зависимости от того, сколько гармоник нам необходимо, будет меняться число приемных коэффициентов для каждой станции. Например, для нулевой гармоники (изотропные вариации) необходим один приемный коэффициент (k = 0), для первой (северо-южная и солнечносуточная вариации) – три приемных коэффициента (k = 1-3), а для второй гармоники – уже 5 приемных коэффициентов для каждой станции [6]. n – это номер гармоники, а k – номер составляющей в гармоническом разложении.

Различным k соответствуют различные подынтегральные угловые функции Fk(i(,,R), i (,,R)), определяющие долю частиц, приходящих в данную точку под определенным углом (,) из возможных асимптотических направлений Fk(i,i).

Для расчета приемных коэффициентов необходимо также определить вид спектральной функции fn(R,). Один из вариантов использования такой функции рассматривался в работе [42]. При выборе вида спектра искомая функция должна выполнять ряд условий. Во-первых, она должна зависеть только от одного параметра. Во-вторых, однопараметрическое семейство должно объединять максимально разнообразные по форме функции (как растущие, так и убывающие с ростом жесткости). В-третьих, спектральная функция должна быть ограниченной и гладкой, а также стремиться к нулю при увеличении жесткости. В-четвертых, при максимальных и минимальных параметрах вид функции должен быть одним и тем же. Удовлетворить всем этим требованиям удалось только с помощью довольно сложной функции следующего вида:

где функции f1 ( R, ) и f 2 ( R, ) имеют вид:

С помощью этих функций различные формы спектра (возрастающие и спадающие в области эффективных жесткостей для нейтронного монитора) получаются варьированием единственного параметра в пределах от –2 до +2.

Самым мягким из определенных таким образом спектров является спектр с = ±2, а самым жестким – спектр с = 0.8.

Чтобы получить оптимальный набор параметров ak и k, определяющих вариации первичных КЛ, обычно используется метод наименьших квадратов, минимизирующий следующее выражение, взятое для каждой из n станций:

где m – число неизвестных параметров модели (m=5, если ограничиться нулевой и первой гармониками), а n – число используемых станций.

1.3.1. Практическое использование метода глобальной съемки Почти для всех модуляционных эффектов достаточно использовать три первые гармоники (нулевую, первую и вторую), а для широкого круга задач достаточно и первых двух. Можно записать вариацию скорости счета наземного детектора как сумму вариаций, обусловленных изменениями плотности КЛ, северо-южной и солнечно-суточной составляющих первой асимметричной суточной и полусуточной составляющих второй гармоники:

где a0 – амплитуда изотропной вариации первичных КЛ, a1 и a1 – амплитуды северо-южной и солнечно-суточной составляющих анизотропии, a2, a2 и a2 – амплитуды второй зональной, асимметричной суточной и полусуточной составляющих; m – эффективная долгота станции для регистрации различных составляющих анизотропии, складывающаяся из географической долготы и эффективного сдвига обусловленного магнитосферой; cm (m=0,1,..,k, при k m) – это приемные коэффициенты [20,138,144] данного детектора i для положением станции (широтой, жесткостью геомагнитного обрезания, массой столба воздуха над детектором), жесткостным спектром первичных КЛ и особенностями детектора. Анализ приемных коэффициентов помогает понять роль той или иной станции в регистрации различных составляющих вариаций и в определении характеристик этих составляющих. Обычно мы используем приемные коэффициенты, рассчитанные Ясое и др. [198] для минимума и максимума солнечной активности, а в тех случаях, когда эти данные отсутствуют, свои собственные расчеты и интерполяции.

Ограничиваясь нулевой и первой гармоникой (изотропная часть и три составляющие первой гармоники анизотропии), ожидаемые на Земле вариации КЛ можно записать как систему из уравнений для каждого пункта i на высоте h с жесткостью геомагнитного обрезания Rc, в момент времени t:

Здесь aC0 – вклад нулевой гармоники в вариации КЛ (изотропная часть):

aR – спектр вариаций КЛ, с помощью которого учитывается зависимость приемного коэффициента от (см. формулу 1.3.13), a – амплитуда нулевой гармоники вариаций КЛ, – показатель спектра вариаций (см. формулу 1.3.13);

Ax, Ay, Az – три компоненты первой гармоники анизотропии КЛ в декартовой коэффициенты для каждой компоненты [34].

Система уравнений (1.3.12) решается методом минимизации суммы квадратов невязок относительно неизвестных параметров, характеризующих зависимость спектра вариаций интенсивности первичных КЛ a и, а также составляющих вектора анизотропии Ax, Ay, Az. Эти параметры определяются в географической системе координат, связанной с нулевым меридианом. Для перехода в систему координат, связанную с Солнцем, необходимо выполнить поворот на угол h = 2/24(hour + 1/2) [163]. Приемные коэффициенты нулевой гармоники где Wi(Rc,h,R) функция связи первичных и вторичных вариаций для прибора типа i, расположенного на уровне hi в пункте с жесткостью геомагнитного обрезания Rc, рассчитываются сравнительно просто.

Вычисление приемных коэффициентов первой и более высоких гармоник очень трудоемко, поскольку необходимо учесть не только взаимодействие КЛ с атмосферой Земли (привлекая функции связи Wi(Rc,h,R)), но и влияние на космические лучи магнитосферы Земли, используя направления движения КЛ различных энергий за пределами магнитосферы (асимптотику). В работе [198] представлены таблицы приемных коэффициентов для большого набора станций, посчитанных для различных показателей спектра є (–1.5, –1.0, –0.5, 0.0, 0.5, 1.0) и значений верхнего порога энергии Ru, выше которой анизотропия исчезает (30, 50, 100, 200, 500, 1000 ГВ). Все эти коэффициенты занесены в базу рабочей программы GSM и используются при обращении к различным станциям во время счета. Часть приемных коэффициентов для станции Москва (55.47N, 37.32E, h = 200 м, Ho = 1000 мбар) при = –1.5 и = 0.0 приведена в таблице 1.1 в качестве примера. Приемные коэффициенты для всех станций сети можно получить по адресу ftp://cr0.izmiran.ru/GSM/CCn.



Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 | 6 |   ...   | 20 |
 


Похожие материалы:

«Куприянов Владимир Викторович Численно-экспериментальное исследование вращательной динамики спутников планет 01.03.01 – Астрометрия и небесная механика ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук Научный руководитель д. ф.-м. н. Шевченко Иван Иванович Санкт-Петербург – 2014 Оглавление Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 Глава 1. Исторический обзор . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 1.1. Численное ...»

« Гожа Марина Львовна НАСЕЛЕНИЕ РАССЕЯННЫХ ЗВЕЗДНЫХ СКОПЛЕНИЙ ГАЛАКТИКИ 01.03.02 – астрофизика и звездная астрономия Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук Научный руководитель доктор физико-математических наук, профессор В.А. Марсаков Ростов-на-Дону – 2014 2 Оглавление Введение………………………………………………………………………………. 5 Глава 1. Неоднородность населения рассеянных звездных скоплений в Галактике…………………………………………………………………………. 20 1.1 ...»

«ЧАЗОВ Вадим Викторович РАЗРАБОТКА И ПРИМЕНЕНИЕ АЛГОРИТМОВ ЧИСЛЕННО-АНАЛИТИЧЕСКОГО МЕТОДА ВЫЧИСЛЕНИЯ ПОЛОЖЕНИЙ ИСКУССТВЕННЫХ СПУТНИКОВ ЗЕМЛИ Диссертация на соискание учёной степени доктора физико-математических наук Специальность 01.03.01. Астрометрия и небесная механика Москва – 2012 Содержание 1 Содержание Предисловие 7 1 Постановка задачи 17 1.1 Стандартные соглашения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 1.1.1 Системы отсчёта . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 1.1.2 ...»

« УДК 524.7;524.72-4 КАЙСИНА Елена Ивановна БАЗОВЫЕ СВОЙСТВА ГАЛАКТИК МЕСТНОГО ОБЪЕМА (01.03.02 - Астрофизика и звездная астрономия) ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата физико–математических наук Научный руководитель: доктор физико–математических наук, профессор Караченцев И. Д. Нижний Архыз – 2014 2 Оглавление Введение Общая характеристика работы Актуальность Цели и задачи исследования Научная новизна Научная и практическая ценность работы Основные результаты ...»







 
© 2013 www.dis.konflib.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.