Файл: Алания М.В. Квазипериодические вариации космических лучей.pdf

не могли обусловить во всяком случае более чем 0,1 долю от наблюдаемых вариаций космических лучен, связанных с вращением Солнца (притом обратного знака, чем наблюдае­ мые вариации). Максимумы 27-дневных вариаций космичес­ ких лучен более склонны к повторяемости, чем минимумы. Эта тенденция проявляется также в суточной вариации кос­ мических лучен. Этот важный факт находит свое естествен­ ное объяснение в той интерпретации 27-дневных вариаций, которая была дана па основе анализа широкого комплекса данных мировой сети станций [12, 13, 86]. Анализ показы­ вает, что 27-дневные вариации космических лучей появля­ ются в виде ограниченных пакетов волн: в течение 11-летне­ го цикла солнечной активности 27-дневиые вариации возни­

среднем варьирует незначительно [12, 74, 87]. Имеются од­ нако все же случаи, когда время жизни т достигает ~ 2 2 оборотам Солнца [88]. Это, в частности, соответствует эпохе

1962—1963 гг.

Таким образом, нам представляется, что главная причи­ на 27-дневных вариаций космических лучей — во вращаю­ щемся несимметричности электромагнитных условий в меж­ планетном пространстве большого объема, включающего земную орбиту. Эта асимметрии, связанная в свою очередь с анизотропным испусканием намагниченной плазмы при на­ личии па Солние активных долгот, дает в космических луиах интегральный эффект, существенно уменьшающийся с ростом жесткости частиц.

Как мы видим, бывают типы 27-дневных вариаций га­ лактических космических лучей, которые могут быть объяс­ нены лишь на основе представлений асимметричного солнеч­ ного ветра магнитных неоднородностей [12, 13, 83]. Однако. 27-дневные вариации космических лучей в отдельных случа­ ях могут быть объяснены без привлечения модели асиммет­ рии солнечного ветра [12, 13, 83]. В принципе 27-дневные вариации космических лучей могут наблюдаться при непос­

39

мезонной) компоненте, 27-дневные вариации космических лучей дополнительно могут возникнуть из-за нагрева атмос­ феры, вклад которого может периодически (с периодом вра­ щения Соднца) изменяться п т. д. В настоящей главе будет рассмотрена главным образом 27-дневная модуляция, обус­ ловленная асимметрией солнечного ветра.

§ 2. 1. Квазнспиральный характер изменения 27-дневной вариации космических лучей с солнечной активностью

В § 1.2, настоящей главы говорилось, что данные о 27-диевной вариации космических лучен дают некую инфор­ мацию о степени асимметрии солнечного ветра и времени существования этой асимметрии в межпланетном простран­ стве.

Бурные физические процессы, происходящие на Солнце, меняют условия прохождения космических лучей в межпла­ нетном пространстве. Ясно, что проявление эффекта враще­ ния Солнца в интенсивности космических лучей и в меж­ планетной среде изменяются от оборота к обороту Солнца. Кроме того, воздействие асимметричного солнечного ветра на космические лучи зависит от жесткости частиц п эффек­ ты в разных диапазонах энергии могут быть различными. Поэтому исследование характера изменения 27-дневной ва­ риации по данным различных станций для отдельных пос­ ледовательных оборотов Солнца является естественным. Однако, во многих случаях, как показывает анализ, для выявления ряда характеристик, вполне достаточным явля­ ется рассматрение двух пли нескольких станций регистраций космических лучен в различных диапазонах энергий.

Исходя из этого, для исследования изменения амплиту­ ды и фазы 27-дневной волны интенсивности космических лучей М. В. Алания, Л. II. Дорман, Л. X. Шаташвшш [90] провели гармонический анализ по 27 ординатам среднесу­

точных значений интенсивности нейтронной компоненты /V космических лучей на ст. Клаймакс (80 оборотов Солнца) н Норпкура (70 оборотов Солнца) п чисел W пятен Вольфа (80 оборотов Солнца). Номера оборотов для обеих станций н чисел пятен W отсчитываются от 1389-го оборота — июля 1957 г.

Для увеличения статистической точности найденные коэффициенты а и b были оораднены по скользящему периоду в 6 оборотов. Результаты приведены на рис. 10 для Клай­ макс, на рис. 11 для Норпкура и на рис. 12 для W (цифры у векторов — номера оборотов, т. е. цифра I соответствует

40

среднему из 1389—1394 оборотов, цифра 2 оборотам 1390— 1395 п 'т. д.). Эппцпклограммы разбиты на отдельные квазизам'кнутые участки, причем первые соответствуют эпохе

Рис. 12. Эппцпклограммы первых гармоник 2-7дпевного Фурье-аиализа чисел солнечных пятен W Вольфа. Обозначения: цифры у векторов пока­ зывают номера оборотов, т. е. цифра 1 соответствует среднему из 1389 — 139-1 оборотов, цифра 2 —оборотам 1390 -1395 н т. д.

максимума солнечной активности, а последние близки к эпохе минимума солнечной активности. Из рисунков 10, 11, 12 видно, что амплитуда 27-дневной вариации падает вмес­ те с падением солнечной активности, но не монотонно. Важ­ но подчеркнуть, что векторы 27-дневных вариаций с прибли­ жением .к минимуму солнечной активности через определен­ ные интервалы времени (около 12—18 оборотов Солнца) стремятся сделать полные обороты, но с постепенным умень­ шением амплитуды. Таким образом, из рис. 10, 11, 12 сле­ дует, что 11-летние изменения 27-дневных вариаций косми­ ческих лучей носят спиральный характер, причем с прибли­ жением к минимуму солнечной активности происходит сво­ рачивание спирали, а с приближением к максимуму актив­ ности следует ожидать её раскручивания.

Важно отметить также, что направление вращения при переходе от одного участка к другому меняется. Однако эти

изменения происходят на обеих станциях одновременно, что

доказывает реальность изменений направления вращения вектора 27-дневной волны интенсивности космических лучен

43

с изменением солнечной активности в широком диапазоне энергий.

Полученные результаты легко попять па основе предс­ тавления [12. 13, 83] о создании 27-дмевпон вариации кос­ мических лучен несимметричным потоком магнитных неод­ нородностей от Солнца. При этом необходимо учесть, что амплитуда 27-дпевнон волны определяется степенью асим­ метрии потока неоднородностей, а фаза волны — кэррнн поповской долготой в направлении наименьшего потока не­ однородностей. Результаты рис. 10, 11, 12 указывают па то, что степень аемпмметрпп уменьшается с понижением сол­ нечной активности, но это уменьшение носит своеобразный характер: на фоне общего понижения степени асимметрии наблюдаются её колебания (весьма значительные) с перио­ дом 12—18 месяцев. Эти колебания скорее всего связаны с соответствующими колебаниями солнечной активности с ука­ занным периодом. Не исключено, что имеется и другая причина обнаруженных колебаний, имеется в виду возмож­ ные колебания в межпланетном пространстве (дело в том, что из данных по 11-летннм вариациям космических лучен [92] следует, что время дохождешш магнитных неоднород­ ностей от Солнца до границы солнечного ветра с .межзвезд­ ным магнитным полем, как раз составляет 12—18 месяцев— такое совпадение вряд ли случайно1. Небольшие смещения центров активных областей в течение 12—18 месяцев будут приводить к соответствующим колебаниям фазы, а наложе­ ние колебаний амплитуды и фазы приведет к наблюдаемым спиралевидным перемещениям конца вектора 27-дневной вол­ ны (в смещениях фазы существенное значение могут также иметь упоминавшиеся выше колебания в межпланетном прос­ транстве). Имеется ещё одна очевидная возможная причина изменений 27-дневной волны. Дело в том, что измерения ин­ тенсивности космических лучей проводятся на земле, ось вращения которой наклонена к плоскости эклиптики. Если

тер отдельных витков эпициклограмм 117 опережает намного проявления

44

27-дневная вариация существенно зависит от асимптотичес­ кой шпроты к плоскости эклиптики, то указанный геометри­ ческий эффект [92] приведет к соответствующим колебани­ ям, по период пх должен составлять 0,5 года (при сим­ метрии источника относительно плоскости экватора) плп около 1 года (при наличии существенного сдвига максиму­ ма источника 27-дневной вариации в северную плп южную часть диска Солнца). Наложение указанных причин может привести, но-внднмому, к наблюдаемой сложной картине спиралевидного изменения 27-дневпой волны с солнечной активностью.

§ 2.2. Вопрос ширины корпускулярного потока, обуславливающего 27-дневные изменения интенсивности космических лучей

Рассмотрение высших (второй, третьей и т. д.) гармо­ ник 27-Д'нешшх изменений •интенсивности космических лучей п их сравнение с. первой гармоникой дает возможность су­ дить о ширине агента, обуславливающего вариации косми­ ческих лучей, связанные с вращением Солнца. Строго ре­ шить поставленную задачу на данном этапе трудно, но мож­ но сделать некоторые оценки. Действительно, если провести 27-дневный гармонический анализ кривой среднесуточных значений интенсивности космических лучей, то, чем шире поток магнитных неоднородностей п чем больше она уподоб­ ляется синусоидальной волне (чистый асимметричный ветер магнитных неоднородностей), то тем больше должна быть первая (27-дневная) гармоника Фурье-разложеипя. Наличие вторых, третьих н последующих гармоник вполне возможно даже при достаточно широком корпускулярном потоке. Ана­ лиз соотношения различных гармоник в какой-то мере мо­ жет пролить свет па структурные особенности потока маг­ нитных неоднородностей.

Для решения этой задачи в работе [93] при анализе бы­ ли использованы данные нейтронной компоненты космичес­ ких лучен высокогорных станций Клаймакс за 80 оборотов и Норпкура за 70 оборотов Солнца, начиная с 1389-го оборота (.июль 1957 г.), На рве. 13 приведены скользящие средине (период осреднения — шесть оборотов Солнца) амплитуд первых гармоник 27-дневного фурье-аналпза среднесуточ­ ных значений по данным станций Клаймакс (пунктирная

гармоник ст. Клаймакс н ст. Норпкура по данным 70 обо­ ротов Солнца.

45

На рис. 14 приведены скользящие кривые (с периодом-

3, 4, 5, 6).

1. В большом интервале времени рассматриваемой эпо­ хи, первая гармоника в основном исчерпывает вариации кос­ мических лучей, связанные с вращением Солнца, хотя иног­ да первая гармоника сравнима с остальными.

2. Изменение отношения 0i показывает, что спектр 27-дпевных вариаций космических лучей, в принципе, дол­ жен меняться от оборота к обороту Солнца.

3. Хотя, в некоторые обороты Солнца, возникают относи­ тельно узкие долгоживущие потоки (рл>1), однако большую часть времени доминирующую роль в созданий 27-дневных вариаций космических лучей должны играть, сравнительно широкие потоки магнитных неоднородностей.

4. Ширина потоков, обуславливающих 27-дневные вариа­ ции космических лучей, не зависит от фазы цикла солнечной активности существенно и, по-видимому, меняется лишь мощность корпускулярного потока •— источника 27-дневной вариации.

47

§ 3. 27-дневные вариации космических лучен и радиус эффективного объема асимметричного солнечного ветра магнитных неоднородностей

В предыдущих параграфах мы писали, что существова­ ние 27-дневных вариации космических лучей, главным обра­ зом, связано с асимметрией солнечного ветра [12, 70] и круп­ номасштабным межпланетным магнитным полем спираль­ ной структуры [58]. Представляет интерес, каковы размеры асимметричной области солнечного ветра, в которой прои­ сходит модуляция 27-дневной вариации космических лучей. Размеры области модуляции, ответственной за 11-летние вариации космических лучей, определялись в [6, 8, 9, 10,

11, 91, 94] по запаздыванию изменений интенсивности косми­ ческих лучей относительно изменений различных параметров, характеризующих солнечную активность.

Аналогичную задачу можно решить и для 27-дневных вариаций, но при этом будет определен радиус области, в которой происходит модуляция 27-дневных изменений косми­ ческих лучей.

Для решения поставленной задачи мы по данным, наб­ людений на станциях Клаймакс и Норнкура среднесуточ­ ных значений Nt- нейтронной компоненты космических лу­ чей за период июль 1957 г. июнь 1963 г. (t = 1, 2, 3,...,

— номера суток в 27-дневном периоде; / = 1, 2, 3, ..., 80-но­ мера оборотов), нашли первые шесть гармоник Фурье-ана- лиза R£j (I\ = 1, 2, 3, 4, 5, 6-иомера гармоник), для раз­ личных оборотов / Солнца. Аналогичный гармонический ана­ лиз за этот же период был проведен для чисел солнечных пятен W;j и были найдены Rfj . Поскольку К{[ почти полностью отражает характер 27-дневных вариаций косми­ ческих лучей. Как было показано в § 2 настоящей главы [93], то при определении радиуса г0 эффективного объема асимметричного солнечного ветра мы ограничились лишь пер­ выми гармониками 27-дневного Фурье-анализа изменений ■среднесуточных значений Nij и Wr . Чтобы сгладить резкие изменения и повысить точность полученных гармонических коэффициентов, .были найдены по методу скользящих средних

vj+e 1/5 Для обоих параметров N и W.

48