Рис. 3.5. Интегральный энергетический спектр СКЛ высокой энергии, измеренный с помощью установок различного типа. Темный квадрат справа – данные годоскопа ТЕМП.
3.4. Регистрация потока СКЛ в «мюонном свете»
Для метода мюонной диагностики важно убедиться в возможности детального наблюдения пространственного потока высокоэнергичных частиц, рожденных во время солнечной вспышки. Поток таких частиц мал, поэтому требуется аппаратура не только с высоким угловым разрешением, но большой площадью регистрации. Модульный годоскоп УРАГАН удовлетворяет этим требованиям.
Рассмотрим вспышку на Солнце, которая произошла 13 декабря 2006 г. Эта хромосферная вспышка класса 2В/X3.4 (гелиокоординаты S06W24) вызвала всплеск в счете наземных детекторов космических лучей (событие GLE # 70). Сеть нейтронных мониторов (НМ) с порогом меньше 3 ГВ надежно зарегистрировала это событие, максимум которого приходится на 03 часа по UT.
76
Однако низкоширотные европейские НМ с высоким порогом (5,6 и 8,0 ГВ) не увидели каких-либо превышений в потоке КЛ. Это служит основанием полагать, что энергетический спектр вспышечных протонов в этом событии был жестким.
Наземный мюонный годоскоп УРАГАН также зарегистрировал всплеск в интегральном потоке на уровне (0,61 ± 0,09)%. Следует отметить, что превышение в пике временного ряда составляет всего лишь 0,6% . Однако надежность этого значения оказывается большой и превосходит 6 среднеквадратичных отклонений над средним потоком частиц. Это достигается хорошей статистической точностью измерений за счет большой площади детекторов установки УРАГАН. Годоскоп ТЕМП, расположенный рядом с установкой УРАГАН в цокольном этаже здания под фильтром толщиной 2 м в.э., не показал каких-либо превышений в потоке мюонов. Это может также указывать на жесткий энергетический спектр протонов в данной вспышке (отсутствие протонов высокой энергии). На рис. 3.6 и 3.7 приведен интегральный счет двух мюонных годоскопов в период солнечной вспышки.
Матричные данные, соответствующие вспышке, позволяют наблюдать пространственное распределение потока высокоэнергичных частиц с высоким угловым разрешением. Анализ данных этого события в годоскопе УРАГАН показал, что всплеск интенсивности сосредоточен в небольшом количестве ячеек, расположенных около вертикального направления. Продолжительность всплеска составила около 10 мин.
Рис. 3.6. Счет полной интенсивности потока мюонов в установке УРАГАН. В момент времени 03:06 UT 13.12.2006 наблюдается всплеск интенсивности мюонов
77
Рис. 3.7. Интегральный счет потока мюонов в установке ТЕМП. Пунктиром проведен коридор ± 3 среднеквадратичных отклонения
На рис. 3.8 приведена последовательность (с интервалом 4 минуты) мюонных снимков-матриц интенсивности СКЛ в период вспышки. Расчеты, приведенные в разделе 3.1, указывают на практически полную коллимацию солнечных протонов до энергии 30−50 ГэВ при их распространении в ММП на расстояние 1 а.е. к орбите Земли. Темным цветом в центре матриц показано пятно с учетом размытия пучка коллимированных протонов в магнитосфере Земли.
Из рисунков видно, что действительно происходит достаточно хорошая фокусировка заряженных частиц при их распространении в магнитном поле внутренней гелиосферы. Апертура годоскопа в это время была направлена по линии ММП, что обеспечило высокую эффективность регистрации события GLE # 70.
Из решения обратной задачи с помощью модифицированного метода глобальной съемки были получены оценки эффективной энергии солнечных протонов в этом событии, которые лежат в диапазоне 5–10 ГэВ.
Короткая продолжительность всплеска в данных мюонного годоскопа (около 10 мин) и резкое затухание по времени указывают на быстрый механизм генерации протонов высокой энергии в этом событии.
78
Рис. 3.8. Последовательность снимков-матриц во время
GLE#70
Вопросы и задания для самостоятельной работы
Раздел 3.1
1.Какие характеристики гелиосферы описывает спираль Архимеда?
2.Почему происходит фокусировка высокоэнергичных солнечных протонов при удалении от Солнца?
79
3.Влияет ли магнитное поле в гелиосфере на распространение солнечных нейтронов?
4.По какому закону меняется радиальная составляющая ММП в гелиосфере в зависимости от расстояния?
5.Оцените величины напряженности ММП на орбите Земли, если принять поле на Солнце равным 1 Гс?
Раздел 3.2
1.Что позволяет узнать измерение максимальной энергии протонов солнечных космических лучей во время вспышки?
2.Оцените, до какой максимальной энергии могут быть ускорены протоны во время солнечной вспышки?
3.По какому направлению следует ожидать приход протонов СКЛ с энергией около 10 ГэВ в магнитосферу Земли?
4.Какие максимальные энергии СКЛ были зарегистрированы с помощью мировой сети нейтронных мониторов?
5.Почему в интегральном потоке эффективность регистрации СКЛ с энергией несколько ГэВ выше у нейтронных мониторов, чем у мюонных годоскопов?
Раздел 3.3
1.Опишите феноменологическую модель ускорения протонов на Солнце до ультрарелятивистских энергий?
2.Под каким углом, относительно линии Солнце–Земля, направлена напряженность магнитного поля в гелиосфере на орбите Земли?
3.Как можно наблюдать вспышку протонов с Е ≈ 100 ГэВ в матричных данных мюонного годоскопа?
4.Чем определяется минимальная интенсивность потока вспышечных протонов при их регистрации в «фоновом потоке» ГКЛ с помощью мюонного годоскопа?
5.Как можно оценить интенсивность потока «вспышечных» протонов высокой энергии по матричным данным годоскопа?
Раздел 3.4
1.Чем определяется разница в чувствительности установок ТЕМП и УРАГАН?
80
2.Почему превышение счета СКЛ на величину 0,6% в установке УРАГАН является значимой величиной?
3.Оказывает ли влияние магнитное поле Земли на движение протонов СКЛ с энергией около 10 ГэВ?
4.Чем обусловлены сильные искажения направления ММП по сравнению со спиралью Архимеда?
5.О чем может свидетельствовать быстрое затухание «вспышки» потока протонов в событии 13.12.2006 г.
81