Введение к работе
Актуальность проблемы. Исследования космических лучей о околоземном космическом пространстве с помощью искусственных спутников Земли (ИСЗ) остаются актуальными, несмотря на колоссальный экспериментальный материал, накопленный в этой области за практически четыре десятилетия космической эры. ИСЗ позволяют исследовать на фоне галактических космических лучей (ГКЛ) генетически связанное с ними избыточное излучение, и, таким образом, решать проблемы физики околоземного пространства. Спутники с большим наклонением орбиты в полярных областях магнитосферы дают информацию о потоках солнечных космических лучей (СКЛ) и частиц, ускоренных на межпланетных ударных волнах, позволяя решать проблемы физики Солнца и межпланетной среды.
Избыточное излучение обусловлено, в основном, частицами альбедо, образованными в результате ядерных взаимодействий ГКЛ с веществом земной атмосферы. Значительную долю в потоках частиц альбедо составляют электроны, которые несут важную информацию о механизмах образования альбедного излучения. До сих пор не определен спектр электронов альбедо с энергией <Ю МзВ и их вклад в потоки проникающей радиации.
Ускорение частиц на межпланетных ударных волнах определяется топологией межпланетного магнитного поля (ММП) и условиями в межпланетной среде, зависящими прежде' всего от активности Солнца. Одновременные наблюдения квазистационарных рекуррентных потоков заряженных частиц, потоков плазмы солнечного ветра и ММП на различных гелиоширотах, впервые ставшие возможными на фазе спада солнечной активности в 1993-1994 годах, когда космический аппарат (КА) Ulysses поднялся на высокие гелиошироты >30S, позволяют определить трехмерную структуру потоков плазмы солнечного ветра и ММП, которая является квазистационарной в период спокойного Солнца.
Потоки СКЛ несут информацию об ускорительных процессах на Солнце, механизм которых также не установлен окончательно. Объяснение природы так называемых "проблемных событий", связанных с безвспышечной солнечной активностью, требует набора дополнительного статистического материала. Солнечное событие 14 апреля 1994 года является третьим представителем из группы "безвспышечных" событий, для которых установлено отсутствие активной области как источника СКЛ на Солнце.
Современные ИСЗ дают огромный поток информации о потоках космических лучей. Для научного анализа и интерпретации экспериментальных данных необходима разработка оперативных методов компьютерной обработки больших массивов данных, получаемых с борта КА.
Цель работы.
Настоящая работа посвящена экспериментальному исследованию потоков проникающей радиации и ее состава на высотах ^500 км, а также анализу вариаций потоков низкоэнергичных заряженных частиц в полярных областях, связанных с квазистационарными рекуррентными потоками частиц и с потоками СКЛ. Данное исследование основано на обработке информации из создаваемой компьютерной базы данных, получаемых с ИСЗ КОРОНАС-И.
Новизна работы.
-
На основе полученных экспериментальных данных определены спектры электронов с энергией >0.5 МэВ на высоте »500 км на низких (1.=1-=-2) и высоких (L>7) широтах. Определен вклад электронов альбедо с энергией 2-55 МэВ в потоки проникающей радиации, который составил от »75% на экваторе до »37% на высоких широтах.
-
Проведен сравнительный анализ коротирующих потоков протонов, одновременно наблюдаемых на ИСЗ КОРОНАС-И в плоскости эклиптики и на КА Ulysses на высоких гелиоширотах («60), из которого следует, что источником регистрируемых на ИСЗ КОРОНАС-И и на КА Ulysses частиц является коротирующая область взаимодействия, сформировавшаяся на ударных волнах, связанных с границей раздела разноскоростных потоков солнечного ветра, простирающаяся на расстояния >3 АЕ и гелиошироты (по данным КА Ulysses) от 0 до =30S.
-
Показано, что режим ускорения СКЛ в "безвспышечном" солнечном событии 14 апреля 1994 года был длительным (несколько часов), и частицы с меньшей энергией начали ускоряться раньше более энергичных частиц, что свидетельствует в пользу стохастического ускорения заряженных частиц на ударных волнах в короне Солнца.
Научная и практическая ценность работы.
Созданная вторичная база данных комплекса приборов СКЛ ИСЗ КОРОНАС-И, включающая в себя переработанную и очищенную от сбоев первичную информацию о потоках частиц в околоземном космическом пространстве, может быть с минимальными временными затратами успешно использована для обработки данных о структуре радиационных поясов и о вариациях потоков захваченной радиации, а также для сбора и обработки информации, получаемой с других космических аппаратов.
Полученные данные о потоках электронов альбедо в магнитосфере Земри существенны для понимания природы их возникновения. Полученные на низких и высоких широтах спектры электронов с энергией >0.5 МэВ могут быть использованы для расчета радиационной обстановки на борту ИСЗ в период спада солнечной активности.
Сравнительный анализ коротирующих. потоков протонов, одновременно наблюдаемых ИСЗ КОРОНАС-И в плоскости эклиптики и КА Ulysses на высоких гелиоширотах, позволяет качественно определить квазистационарную трехмерную структуру ММП в период спокойного Солнца.
Определение зависимости времени ускорения от энергии частиц СК.Л в "безвспышечном" событии на Солнце 14 апреля 1994 года которая дает дополнительную экспериментальную информацию для поиска механизмов ускорения заряженных частиц на Солнце.
На защиту выносится:
-
Вторичная база данных, получаемых с комплекса приборов СКЛ ИСЗ КОРОНАС-И, и методика компьютерной обработки этих данных.
-
Результаты измерения состава проникающей радиации на высотах полета ИСЗ КОРОНАС-И, в том числе:
а) измеренные на .низких и высоких широтах спектры электронов
альбедо с энергией >0.5 МэВ;
б) величина вклада электронов альбедо с энергией 2-55 МэВ в потоки
проникающей радиации.
-
Результаты сравнительного анализа коротирующих потоков протонов, одновременно наблюдаемых ИСЗ КОРОНАС-И в плоскости эклиптики и КА Ulysses на высоких гелиоширотах, показывающие независимость времени задержки максимумов коротирующих потоков, регистрируемых на КА Ulysses и на ИСЗ КОРОНАС-И, от разницы гелиодолгот спутников.
-
Результаты исследования ускорения СКЛ в "безвспышечном" солнечном событии 14 апреля 1994 года, из которых следует, что инжекция ускоренных СКЛ в межпланетную среду была длительной (несколько часов), причем низкоэнергичные частицы были испущены раньше, чем частицы более высоких энергий.
Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались и обсуждались на научном семинаре НИИЯФ МГУ, на XXIV международной конференции по космическим лучам (Рим, Италия, 1995), на международном симпозиуме (Прага, Чехия, 1995), на
Всероссийской конференции по физике Солнца (Москва, 1995) и на международной конференции им. Чапмена (Боаеман, США, 1996).
Публикации. Основные результаты диссертации содержаться в 5 печатных работах и в одном препринте НИИЯФ МГУ.
Структура и объем диссертации. Диссертация содержит введение, пять глав, заключение и список литературы, занимает объем 122 страницы, включая 30 рисунков, 6 таблиц, 148 библиографических ссылок.
