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

воляет сразу же определить колшчественно вклад изменении статистического характера в распределение наблюдаемых амплитуд суточных вариаций.

Из рис. 5 следует, что в области г,:Д0,1% для станции Норикура (^нейтрошшя =0,29% , ажесткпя = 0,21 % см. таблицу. 2 из §2, а также работу [15]) суточная вариация имеет в основном статистический характер как для жесткой, так и для нейтронной компоненты.

При гх ~ 0,2% доля статистической вариации состав­ ляет 15—20% для нейтронной и 10—15% Для жесткой ком­ понент. При гх —0,3% доля статистической вариации стано­ вится уже очень малой (<Л%, т. е., другими словами, в этом

случае вероятность того, что наблюдаемая вариация статис­ тического происхождения меньше 1%).

Рис. 6. а) Дифференциальное частотное распределение максимума фаз первой гармсикки суточной вариации нейтронной компоненты интенсив­ ности космических лучей по данным станции Норикура за период МГГ. б) Интегральное частотное распределение максимума фаз первой гармо­ ники суточной вариации нейтронной компоненты интенсивности космиче­

ских лучей по данным станции Норикура за период МГГ

21

Перейдем к рассмотрению частотных распределений фаз. Мы нашли их для нейтронной компоненты станции Норпку-

частотного распределения фаз. Этот результат находится в полном согласии с рис. 5, из которого следует, что при

г1^0,2% большой вклад должна вносить суточная вариа­

ция статистического характера с неопределенной фазой. Най­ денное выше частотное распределение, первой гармоники

W(rv а), дает возможность определить математическое ожи­ дание амплитуды первой гармоники, как случайной величи­

Посколыку вторая гармоника также определяется из тех же данных xv х2, • • -х2р по формулам (1.3.2) распределение, по­ лученное для первой гармоники, справедливо и для второй

к = 1, 2).

Согласно нашим вычислениям (§ 2) для двухчасовых данных нейтронной компоненты для станции Клаймакс и

22

Норпкура — о«0,28% 4-0,25% и ожидаемые амплитуды пер­

ст вой и второй гармоник суточных колебаний будут — «0,15% .

§ 4 К вопросу об определении полусуточной вариации космических лучей

При зондировании межпланетных условий солнечно-су­ точными вариациями коом,нчеС'КИХ лучей во многих случаях недостаточно ограничиваться только лишь первыми гармони­ ками Фурье-аналпза. Привлечение второй гармоники не толь­ ко обогащает информацию, но и отвечает на такие вопросы, на которые невозможно ответить исчерпывающе, пользуясь только первыми гармониками. Существуют различные приемы определения второй гармоники. Естественно, что наиболее полную информацию можно получить при сферическом ана­ лизе [4, 5] путем привлечения мировой сети станций, про­ изводя глобальную съемку космических лучей. Но бывают и такие случаи, когда не требуется такой строгий подходи та­ кие громоздкие вычисления, поэтому рассматриваются поч­ ти без ущерба различные модификации второй гармоники солнечно-суточных вариаций. Одним из таких приближений является разделение полусуточной гармоники на дневную и ночную части [27]. При вычислении полусуточной вариа­ ции космических лучей обычным методом подразумевают идентичность полусуточной вариации в обеих половинах су­ ток. В действительности же они могут отражать разные ус­ ловия в различных половинах космического пространства. Обычным и общепринятым способом выделения полусуточ­ ной вариации является метод гармонического анализа экспе­ риментальных данных по формуле (1.3.1) Бесселя [23].

Следует заметить, что при определении второй гармони­ ки! путем разделения суток на две не идентичные половины, необходимо предварительно исключить влияние первой гар­ моники в экспериментальных данных. Только, после учета первой гармоники, можно обнаружить отсутствие идентич­ ности соответствующих половин космического пространства, если мы хотим объяснить всю совокупность информации существованием, только двух первых гармоник Фурье-ана­ лпза.

Таким образом, для определнпя воторой гармоники ме­

i= l

23

(1.4.1)

Полусуточной гармонике отождествляют член из фор­ мулы (1.4.1) .соответствующий К = 2.

/= 1 ;= р + 1

и если обозначим:

(1.4.3)

компоненты второй гармоники суточной вариации. Как мы уже 'писали .выше, не исключено, что гармоники с периодом полуеуток для разных половин суток могут отличаться друг от друга как по фазе, так и по амплитуде.

Таким образом, для определения второй гармоники ме­

тодом простого гармонического анализа, надо проводить рас­ четы по следующим формулам:

24

2p

a2 и o.j, b'2 и b"2—коэффициенты Фурье, соответствующие ссответственно первой (а[ и £д) и второй (а'2 и К) половинам сутокПользуясь формулами (1.4.5) можно определять вторые гармо­ ники для любой половины суток, например, для дневной и ноч­ ной стороны и др.

§ 5. Барометрический эффект нейтронной компоненты космических лучей

При исследованиях модуляционных эффектов космичес­ ких лучей, эффектов, вызванных явлениями в космическом' пространстве, если наблюдения ведутся прибором изнут­ ри атмосферы Земли, требуется освобождение от влияние

данных наблюдения космических лучей, в особенности в- данных нейтронной компоненты (следует подчеркнуть, что эта компонента имеет ничтожно малый температурный эф­ фект [28, 30, 31]), мы несколько подробно остановимся наосвещенип методических вопросов, связанных с барометри­ ческим эффектом нейтронной компоненты. Здесь нет необ­ ходимости описывать процессы, обуславливающие погло-- щенпе и ядерные взаимодействия космических лучей с ато­ мами воздуха. Для этой цели вполне достаточно будет сос­ латься на довольно богатую литературу [28, 30 и др.].

феру, после взаимодействия с атомами воздуха создают це­

25»

лый каскад вторичных частиц. В огромном потоке вторич­ ных частиц особо выделяется нейтронная компонента.

Интенсивность нейтронной компоненты космических лу­ чен уменьшается при прохождении нейтронов через слой ат­ мосферы Земли, за счет неупругого и упругого взаимодей­ ствия с атомами воздуха. Эффекты иеупругого п упругого взаимодействия нейтронов с атомами воздуха зависят от энергий вторичных нейтронов п теоретически ожидается уве­

личение интегрального пробега для поглощения L' (обрат­

ная величина значения барометрического коэффициента) с увеличением энергий нейтронов. Поскольку станции косми­ ческих лучей мировой сети расположены в различных пунк­

ла поставлена задача выяснить как влияет изменение мини­ мального порога жесткости на барометрический эффект дан­ ной станции, т. е. определить планетарное распределение ■барометрического коэффициента нейтронной компоненты кос­ мических лучей. Аналогичная работа была выполнена ч [33] по данным 25 станций мировой сети вблизи минимума солнечной активности за период 1962—1963 гг.

Работа [321 должна вызвать интерес и по той простои причине, поскольку эта работа выполнена по данным мини­ мума солнечной активности (1964—1965 гг период МГСС), когда модулирующее воздействие солнечного ветра на кос­ мические лучи было относительно минимальным и интен­ сивность вторичной нейтронной компоненты в фиксирован­ ном пункте наблюдения возникла в основном за счет изме­ нения барометрического давления атмосферы Земли. В ми­ нимуме солнечной активности легко установить, каково вли­ яние чисто геофизических факторов па планетарное распре­ деление интенсивности космических лучей.

Ясно, что прежде всего представляет интерес выяснить планетарное распределение барометрических коэффициентов р нейтронной компоненты космических лучей. В работе [32], эта задача выполнена по данным периода МГСС.

В [32, 34] барометрические коэффициенты вычислялись для интервалов наблюдений, когда происходили заметные изменения атмосферного давления п соответствующие изме­ нения интенсивности нейтронной компоненты по данным ми­

линейная корреляция логарифма интенсивности нейтронной

•26

Уанкайо, 20. Ахмадабад, 21. Лаэ, 22. Кодайканал, 23. Кордо­

ва.

На рис. 7 представлена кривая шпротной зависимости (по 17 пунктам наблюдений) барометрических коэффициен­ тов усредненных по группам наземных станций с близкими порогами обрезания по данным 1964—1965 гг. Детальный анализ показывает, что на долготах 50°±20°Е Апатиты,

.Москва, Тбилиси, Алма-Ата, Ахмадабад получаются несколь­ ко заниженные значения барометрических коэффициентов. Несколько аномальное значение барометрического коэффици­ ента получается также для южно-американской станппн Кордова (жесткость обрезания 11,6 Бв) (3=(—0,69± 0,01) %/мб. На рис. 7 значение барометрического коэффициента для станции Кордова выделено звездочкой и при выводе

космпческих лучей связаны С не-^метрических коэффициентов нейтрон­

ветственно объяснить аномальный долготно-широтный ход баро­ метрических коэффициентов нейтронной компоненты космических лучей.

Не исключена возможность, что указанные отклонения барометрических коэффициентов обусловлены нестандарт-

27

ностыо аппаратуры, которая использовалась в период МГСС.

чем данные широтной зависимости, которые приведены в на­ шей работе.

Таким образом, как в [33], так и в [32] обнаружено уменьшение барометрического эффекта с увеличением энер­ гий вторичных нейтронов, что хорошо согласуется с теорией.

5. 11- л е т н я я з а в и с и м о с т ь б а р о м е т р и ч е с к о г о

ко э ф ф и ц п е и т а

В§ 52 наказано, что барометрический эффект нейтрон­ ной компоненты космических лучей зависит от жесткости частиц. Естественно, напрашивается вопрос, наблюдается ли

изменение барометрического эффекта от 11-летней циклич­ ности солнечной активности, поскольку интенсивность косми­ ческих лучей в течение 11-летнего цикла изменяется в ос­ новном в области низкоэнергпчных частиц. Исходя из вы­ шесказанного, в принципе должно наблюдаться увеличение барометрического эффекта с уменьшением солнечной актив­ ности.

В ряде работ [33, 36, 39, 40, 41] была обнаружена тен­ денция к 11-летнему изменению барометрического коэф­ фициента интенсивности нейтронной компоненты космичес­ ких лучей, однако в связи с тем, что на наш взгляд не су­ ществует единой методики для определения барометричес­ кого коэффициента, результаты, полученные разными авто­ рами, естественно могут отличаться друг от друга. Как по­ казывает анализ, эти результаты могут различаться лишь

в 1,5 2 раза. Поэтому исследование в этом направлении

мы считаем естественным и оправданным. Есть основания полагать, что при вычислении барометрических коэффициен­ тов целесообразно там, где это возможно пользоваться фор­ мулой множественной корреляции [31].

Формула множественной корреляции [31] в нашем слу­ чае представляется как

28

где /i — атмосферное давление, N и М — интенсивности нейтронной компоненты космических лучей, соответственно неисправленный и исправленный на барометрический эф­ фект, а1пЛ, и ак — то же, что и среднеквадратичные откло­ нения параметров 1пЛ, н h.

rh\aN— коэффициент корреляции между изменениями ат­ мосферного давления h и логарифма интенсивности нейт­ ронной компоненты космических лучей N (неисправленной на барометрический эффект), rNM Y— коэффициент корреляции между изменениями интенсивности нейтронной компоненты

ент данные станции В. После этого первичные данные стан­

исправленные данные были использованы в качестве параметра М при расчете {3^<2 и т. д.

Таким образом, были вычислены серии $Bik и §>Bk и конеч­ ные значения определены при условии, что

29

I ^ 0,005 % /мб.

Очевидно, условие (1.5.2) является приемлемым при расчетах барометрического коэффициента по данным нейт­

Рис. 8 а, б. Среднегодовые барометрические коэффициенты ин­ тенсивности нейтронной компоненты космических лучей в зависи­ мости от эпохи 11—летного цикла солнечной активности по данным

станций Черчнль (а), Оттава (в)

рнческого коэффициента, а по осям абсцисс — годы. Из этих рисунков видно, что по данным обеих станций Черчилль и Оттава наблюдается изменение барометрического коэффи­

циента ~ (6-р-7)/%мб в зависимости от 11-летней циклич­ ности солнечной активности.

5. 3 Учет роли р - ме з онов п л о к а л ь н ы х

п р о д у к т о в з а г р я з н е н и я

Выше (в § 5.1) было показано, что существует широт­

нение—1 %/ на год. Можно утверждать, что найденная по экспери­ ментальным данным яркая зависимость барометрического эффекта от порога жесткости обрезания однозначно дока­ зана, в то время, как вопрос малого эффекта за счет П-лет- него цикла (~1 % на год) все еще требует дополнительных дока­

зательств. Действительно, барометрический коэффициент также может зависеть от средней интенсивности нейтронов

30