книги из ГПНТБ / Алания М.В. Квазипериодические вариации космических лучей

меняются с изменением солнечной активности. В области от­ носительно малых энергий космических лучей (по данным станции Клаймакс) как в годы максимума, так и в годы минимума солнечной активности сезонный ход суточного час­

Сезонный ход частотного распределения внезапных измене­ ний нейтронной .компоненты в области относительно высоких

тронной компоненты космических лучей, были найдены су­ точные вариации в дни, когда наблюдались внезапные из­ менения интенсивности нейтронной компоненты космических лучей типа |Д/)-| ^ 1,1 %. Число суток лх, с |Д /,|^1,1% было равно для станции Клаймакс 643, а для станции Норпкура 988. Нами было подсчитано также число суток па когда не наблюда­ лись изменения интенсивности ]Д/;| ^ 1,1 %, но отмечались из­ менения 0,6 % ^ ) Д/г) ^ 1 %. Для Клаймакс л2 = 1189, а для Норпкура п2 = 1551.

Число суток, когда не наблюдалось ни одного случая |^ г1 ^0 .0 % , составляло для Клаймакса л3 = 211, а для Норикуры /г3 = 75. Таким образом, мы располагаем за восьмилетний период наблюдений тремя группами солнечно-суточных вариаций отдельно для станций Клаймакс и Норпкура. Первая группа суток (/гх) может быть названа группой «возмущенных» суток (в отношении появления внезапных изменений интенсивности кос­ мических лучей). Аналогично вторая группа (л,) —«умеренно­ возмущенной» и третья группа (л3)— «спокойной».

Получив определенные кривые суточных вариаций по ука­ занным группам, мы провели гармонический анализ, результаты которого приведены на рис. 45. Из рисунка видно, что солнеч-

101

но-суточные вариации имеют максимальную амплитуду в наи­ более «возмущенннэ» fun (/гх) и анизотропия космпче ских лучен

Рис. 45. Гармонический циферблат перво:1 гармоники солнечно-су­

точной вариации нейтронной компоненты для станций Клаймакс (а) и Норпкура (б) для групп суток

Рис. 45. Изменение амплитуды первой гармоники солнечно-суто шэл вариации нейтронной коччонепгы коемл iac:<;ix лучей д п групп дней nv л.,. п3 за 8-летинй период илблютан м (в зпз ichm ости от жесткости обрезания)

существенно меньше в наиболее «спокойные» дни (пл) на обеих станциях наблюдения. Для оценки спектра мы нанесли на рис. 46 амплитуды суточной вариации в зависимости от жесткости обрезания (взятой согласно [130]) для каждой группы суток. Поскольку наибольшую статистическую ошибку а амплитуды солнечно-суточной вариации имеет группа п3, то мы на рис. 46

D(R)

казатель степени а = 0,32; 0,27 и 0,25 соответственно для пи п2 и п3. Таким образом, при появлении больших внезапных из­ менений спектр суточной вариации несколько смягчается, а ам­ плитуда существенно (в 2—2,5 раза) возрастает.

Из наличия тесной связи между внезапными изменения­ ми интенсивности космических лучей .и суточными вари-

102

ацпямп следует, что имеется какой-то общий механизм их об­ разования. Поэтому можно думать, что основной механизм внезапных изменений — это какие-то флуктуацпопные про­ цессы в общем механизме модуляции космических лучен в межпланетном пространстве, приводящем к возникновению анизотропии космических лучей.

Поскольку характерные времена внезапных изменений меньше 2 час., то при скорости солнечного ветра намагни­ ченной плазмы (вызывающего модуляцию, космических лу­ чен) около -МО7 ом/сек получаем для эффективных разме­

за превышает их размеры, то транспортный пробег для рас­ стояния частиц с радиусом кривизны, меньше размеров не­ однородностей, будет (1-ь2,5) • 1012 см, что хорошо согла­ суется с данными распространения солнечных и галактичес­ ких космических лучей в межпланетном пространстве [131, >32]. Чтобы неоднородности указанных размеров могли эф­ фективно воздействовать на космические лучи с жесткостью ~ 10—20 Бв. необходимо, чтобы напряженность магнитного коля в них была бы = (1 — 2)-10-4 гс, что также согласу­ ется с прямыми измерениями магнитных полей в межпла­ нетном пространстве.

§ 3. 27-дневные изменения солнечно-суточных вариаций интенсивности космических лучей

Впервые исследования 27-дневных вариаций суточной анизотропии проводились в [65, 66]. В [65] представлены ре­ зультаты вычисления гармонических коэффициентов суточ­ ной анизотропии жесткой компоненты космических лучей. Однако анализ этих результатов показывает, что для утвер­ ждения существования 27-дневных вариаций суточной ани­ зотропии жесткой компоненты космических лучей требуется более детальный анализ. Уже не говоря о том, что для того, чтоб утверждать о внеатмосферном происхождении 27-днев- ной анизотропии жесткой компоненты, следует предвари­ тельно исключить суточный эффект температурного хода кос­ мических лучей. Более того, исходя из [65]’можно было зак-

103

лючпть, что нет явно выраженной 27-дневной рекурентностп

визменениях суточной анизотропии космических лучей. В

[66]же весь анализ базировался на данных (Снммпсона) нейтронной компоненты космических лучен лишь эпохи

1953—1954 гг. Из анализа работы [66] можно было заклю­ чить, что вопрос реальности существования 27-дневпой ва­

риации анизотропии космических лучен далеко не был ре­ шен. Более подробное изложение этих работ с критически­ ми замечаниями можно найти в [13, 133, 134, 12, 72].

Здесь мы ограничимся, главным образом, на наш взгляд

[72], замечанием, что для утверждения факта наличия клас­ са вариации типа 27-дневных вариаций анизотропии косми­

ческих лучей требуется установление хотя бы признаков пов­ торяемости изменений элементов суточной вариации. Сле­

дует отметить, что повторяемость амплитуд солнечно-суточ­ ных вариаций жесткой компоненты по данным Москвы и

Якутска для эпохи минимума солнечной активности изуча­

лась и в [135]. Вопросу 27-дневной повторяемости больших амплитуд суточной вариации космических лучей на подъеме

солнечной активности были посвящены работы [136, 137]. Хотя проведение МГГ дало возможность провести ана­

лиз 27-дневных вариаций суточной анизотропии на более высоком уровне, все же следует заметить, что результаты исследования 27-днсвпых вариаций суточной анизотропии периода МГГ трудно сопоставить с данными эпохи миниму­ ма солнечной активности (1953—1954 гг. число станций в этот период на мировой сети было исключительно малым). Далее отметим, что возникновение 27-дневных вариаций ин­ тенсивности космических лучей является явлением споради­

ческого характера [13, 72]. Поэтому следует ожидать что 27-дневные вариации анизотропии тоже, по-внднмому, могут

носить спорадический характер. Исходя из всего этого, в каждом отдельном случае следует установить сам факт на­ личия такого класса вариации для рассматриваемой эпохи.

3.1. П л а н е т а р -ц ый а н а л и з 27-д н е в <н ы х и з м е н е. н н й со л н е ч н о-с у т о ч н ы х в а р п а ц п й

iKос мin ч е с к п х л у ч е й и о д а н к ы -м о т д е л ь н ы х с т а ми ий п е р и о д а МГГ

Суточная волна интенсивности космических лучен явля­ ется результатом суперпозиции многих факторов, эффекты

104

которых сравнимы по величине. Например, лунно-суточная вариация космических лучей отчасти может создать кажущу­ юся тенденцию к 27-дневной повторяемости солнечно-суточ­ ной вариации [138, 139J. Кроме того, на фоне бурных изме­ нений на Солнце в эпоху максимума активности трудно вы­ делить, какую-нибудь склонность к повторяемости с перио­ дом, равным периоду вращения Солнца. Далее, поскольку суточные колебания интенсивности космических лучен име­

обратить внимание на то, что статистические методы иссле­ дования интересующего нас эффекта тоже ограничены, так как время жизни активных образований на Солнце относи­ тельно невелико. Кроме того, при сильном сглаживании дан­ ных, получаемых при непрерывной регистрации, можно уте­ рять искомый эффект, который должен быть весьма малой величины.

Для выявления эффекта вращения Солнца в анизотро­ пии космических лучен, нами в [127] был использован метод эпиц'иклограмм [140] и по данным нейтронной компоненты

1958 г. с целью исследования по данным нейтронной компо­ ненты горных станций характера изменения этого явления в течение многих оборотов Солнца. Критериями для отбора данных были высокая степень непрерывности регистрации и достаточно высокая статистическая точность (дело в том, что как известно солнечно-суточные вариации обладают ма­

105.

рнкура (R = 12, 2 Бв), Уанкайо (/? = 14,7 Бв)1. Прежде чем выделить искомые вариации космических лучей, мы исклю­ чили из первичных данных нециклические изменения путем применения метода скользящих средних и нашли гармони­ ческие коэффициенты для каждого дня рассматриваемого периода. Затем были составлены Кри-диаграммы 27-днев­ ных изменений гармонических коэффициентов по нулевых! дням максимумов планетарной интенсивности космических лучей первых четырех месяцев МГТ [12, 70]. Это позволило, как и в [13, 133], составить эппцпклограммы 27-диевных ва­ риаций солнечно-суточной вариации. На рис. 47 приводятся эппцпклограммы 27-дневных изменений солнечно-суточной анизотропии за второй оборот Солнца (обороты отсчитыва­ ются по осредненным диаграммам Кри).

Рис. 47. 27-дневные эппцпклограммы первых гармоник суточных вариа­ ций нейтронной компоненты интенсивности космических лучей для вто­ рого оборота Солнца (по диаграмме Крн периода МГГ) по данным стан­ ций а) Сульфур, б) Клапмакс, в) Цуг-Шпитце, г) Норикура и д) Уан-

кано.

1 Жесткости обрезания брались согласно [130].

103

Каждая точка концов, векторов на этих зппцпклограммах получена усреднением значений векторов за три после­ довательных по диаграмме Кри дня. Из рис. 47 видна до­ вольно ясная квазпперподпчность амплитуды и фазы сол­ нечно-суточной анизотропии с периодом вращения Солнца. Мы привели эпициклограммы лишь для второго оборота Солнца, поскольку в этом обороте более ярко отмечается определенная закономерность зависимости 27-днев»ого вра­ щения фазы анизотропии от порога жесткости обрезания. Эпицпклограммы рассматриваемого оборота для трех сред­ нешпротных станций (Сульфур, Клаймакс и Цуг-Шпитце) показывают вращение фаз п анизотропии против часовой стрелки, в то время как для экваториальной станции Уанкайо фаза анизотропии вращается по часовой стрелке. На промежуточной по порогу обрезанпя станции Норпкура имеют место и та, и другая тенденция вращения фазы. Сле­ довательно, наблюдается определенное изменение в направ­ лении 27-дневного вращения фазы солнечно-суточной вариа­

ции с переходом от малых к большим энергиям первичных космических лучей.

Для того чтобы выделить 27-дневные изменения ампли­ туды солнечно-суточной вариации космических лучей, мы провели усреднения следующими способами:

1)составили кривые наложения эпох для амплитуды гх первой гармоники солнечно-суточной вариации каждого от­ дельного дня по нулевым дням планетарной интенсивности космических лучей [12, 70];

2)построили такие же кривые отдельно для составля­ ющих аг и векторов первой гармоники ежедневных сол­ нечно-суточных вариаций но нулевым дням планетарной ин­ тенсивности космических лучей; по этим кривым были затем построены эппциклограммы, подобные приведенным на рис. 47; по усредненным эппциклограммам были найдены усред­

107

лучена первым методом усреднения по найденным /у непос­ редственно из гармонического анализа, верхняя кривая 485

Рис. 48. 27-дневные изменения солнечно-суточной вариации ннтенсшшостн нейтронной компоненты космических лучей по данным станции Ыорикура: а) кривая, полученная по методу наложения эпох амплитуды первой гармоники суто­ чной вариации и б) кривая, полученная по метод,- нало­ жения эпох отдельно для составляющих а, н в, векторов

первой гармоники суточной вариации

составлена путем определения изменения амплитуд из эпициклограмм 27-дневных вариаций анизотропии космических лучей (второй метод).

Видим, что -в кривой 48б составленной по второму ме­ тоду, лучше выделены 27-дневные изменения анизотропии, чем в кривой 48я составленной по первому методу. Более того, здесь ясно видно, несколько существенно при исследо­ вании 27-дневиой модуляции солнечно-суточной вариации учет изменения фазы. Исходя из этого результата, дальней­ шее исследование для всех станций мы проводили вторым методом.

На рис. 49 приведены найденные изменения солнечносуточной вариации по данным горных станций. Анализ кри­ вых рис. 49 показывает, что в первых оборотах Солнца в области относительно малых энергий (ст. Сульфур) 27-днев- иые изменения недостаточно четко выражены. 27-дневная квазнперподичность устанавливается в этом пункте наблюде­ ния значительно позж-е, чем на других станциях с более вы­

сокими порогами жесткости обрезания.

Сравнивая экстремумы 27-даевных вариации средней ин­ тенсивности космических лучей [12] с экстремумами 27-

108

дневных изменении солнечно-суточной вариации, можно зак­ лючить, что соответствующие экстремумы этих двух типов ьарпацпп сдвинуты относительно друг друга на несколько

дней.

Исследование кривых рис. 49 показывает, что 2/-днев- ные вариации анизотропии космических лучей существенно не угасают в пределах рассматриваемого периода. Из того

Рас. 49. Диаграмма 1\рп 27-днгвиых изменений asm лгуд пгрзлх гармэияк солнечно-суточных вариаций нейтрон­ ной компоненты ннгемсизностн косми­ ческих лучей по данным Сульфур, Клаймакс, Дуг-Шпнтце, Норнкура и Уанкайо. На рнс. кривые даны в той же последовательности сверху

вниз

факта, что 27-днсвные вариации интенсивности космических лучей по среднесуточным значениям к концу того же ин­ тервала времени существенно сбиваются, следует важный вывод о том, что в 27-дневных изменениях солнечно-суточ­ ной вариации действует какой-то механизм, обусловлива­ ющий их существование в течение более длительного времени.

Планетарное исследование 27-дневных изменений сол­ нечно-суточной вариации дает возможность установить шп­ ротную зависимость эффекта вращения Солнца в 'анизотро­ пии космических лучей. На рис. 50 приведены усредненные значения шпротной зависимости амплитуд 27-дневных изме­ нений суточной анизотропии за все восемь оборотов Солнца (а) п усредненные кривые широтной зависимости отдельно

за первые четыре оборота Солнца п последующие четыре оборота.

109