Исследование динамики глобальных возмущений магнитосферы Земли с помощью мюонных детекторов Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

УДК 539.126.33:524.1-567

ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИКИ ГЛОБАЛЬНЫХ ВОЗМУЩЕНИЙ МАГНИТОСФЕРЫ ЗЕМЛИ С ПОМОЩЬЮ МЮОННЫХ ДЕТЕКТОРОВ

Н. С. Барбаптина, А.Н. Дмитриева, К. Г. Компанисщ, A.C. Михайлснко, А. А. Пструхин, Д. А. Тимаптков, С. С. Хохлов, В. В. Шутснко, Е. И. Яковлева1, И. И. Яшин

Разрабатывается метод, дающий возможность заблаговременно прогнозировать возмущения в магнитосфере Земли, вызванные вспышками на Солнце или изменениями магнитного поля в гелиосфере, так как поток космических частиц достигает Земли гораздо раньше, чем корональные выбросы плазмы. Для сканирования небесной полусферы используются широкоапертурные мюонные детекторы. В Научно-образовательном центре НЕВОД (НИЯУ МИФИ, Москва) создана уникальная система мюонных годоскопов. Анализируются данные мюонного годоскопа УРАГАН по двумерной динамике потока мюонов во время форбуш-эффекта 14 ноября, 2006 г. Показаны изменения интенсивности потока мюонов, зарегистрированных под различными направлениями с интервалом 30 минут. Полученные результаты демонстрируют чувствительность потока мюонов к движению облаков солнечной плазмы, что открывает перспективы использования мюонных детекторов для зондирования межпланетного пространства на больших расстояниях от Земли и прогнозирования геомагнитных возмущений.

Ключевые слова: форбутп-эффект. геомагнитные бури, мюонный годоскоп. космические лучи.

Национальный исследовательский ядерный университет "МИФИ", Федеральное агентство по образованию г. Москва, Каширское шоссе, 31.

1 E-mail: EIYakovleva@mephi.ru

Краткие сообщения по физике ФИАН

номер 6, 2010 г.

Возмущения магнитного поля Земли (геомагнитные бури) стоят в ряду общепланетарных явлений, которые могут приводить к катастрофическим последствиям: вызывать нарушение радиосвязи, проблемы в электронных системах управления, что ставит под угрозу жизни пассажиров авиалайнеров и современных железнодорожных экспрессов.

Регистрация возмущений магнитного поля Земли ведется различными методами: как с помощью измерений напряженности поля на спутниках, так и на поверхности Земли непосредственно во время развития возмущений. В настоящее время разрабатывается метод прогнозирования этого явления, основанный на анализе вариаций потока космических лучей. Метод основан на том, что первичное космическое излучение отклоняется магнитными полями, которые связаны с движущимися облаками солнечной плазмы. Вследствие этого в потоке космических лучей появляется уменьшение потока в направлении магнитного облака, приближающегося к Земле. В момент, когда облако окутывает Землю, наблюдаются глобальное уменьшение интенсивности космического излучения - форбуш-эффект (ФЭ), и сильные возмущения земной магнитосферы. Данный подход дает возможность заблаговременно прогнозировать возмущения в магнитосфере Земли, вызванные вспышками на Солнце или изменениями магнитного поля в гелиосфере, так как поток космических частиц достигает Земли гораздо раньше, чем корональные выбросы плазмы, движущиеся в межпланетном пространстве.

Рис. 1: Вариации потока мюонов, измеренные детектором УРАГАН 14 ноября 2006 года под различными зенитными углами с интервалом 30 минут.

Для сканирования небесной полусферы используются тттирокоапертурньте мюонньте детекторы, которые позволяют восстанавливать треки частиц с высокой угловой и пространственной точностью. Такие детекторы не только измеряют полную интенсивность космического излучения на поверхности Земли (80% которого составляют мюоньт). но и регистрируют частицы одновременно с различных направлений небесной полусферы (годоскопический режим). В настоящее время в Научно-образовательном центре НЕВОД (НИЯУ МИФИ. Москва) создана уникальная система мюонньтх годоскопов. которая обеспечивает регистрацию потока мюонов космических лучей в широком диапазоне зенитных и азимутальных углов в режиме реального времени [1. 2].

С 2006 года на детекторах НОЦ НЕВОД идут непрерывные эксперименты по мониторингу вариаций потока мюонов во время возмущений в магнитосфере Земли. На рис. 1 приведены результаты обработки данных мюонного годоскопа УРАГАН во время ФЭ 14 ноября 2006 г. Показаны изменения интенсивности потока мюонов. зарегистрированных с различных направлений с интервалом 30 минут. Окружности соответствуют зенитным углам 30°, 45°, 60°. Статистическая обеспеченность каждого рисунка около 5 млн событий. Пуассоновские флуктуации сглажены с помощью специального фурье-фильтра. Темный цвет соответствует недостатку мюонов в данный интервал времени.

На рисунке хорошо видна двумерная динамика уменьшения потока мюонов и его эволюция во время ФЭ. Полученные результаты демонстрируют чувствительность потока мюонов к движению облаков плазмы, которые могут вызвать геомагнитные бури в солнечном ветре. Возможности мюонньтх детекторов позволяют зондировать межпланетное пространство на оольтпих расстояниях от Земли и использовать вариации потока мюонов для заблаговременного обнаружения источников геомагнитных возмущений.

Работа выполнена в Научно-образовательном центре НЕВОД при поддержке Рос-науки. Рособразования и РФФИ (грант Л"2 08-02-01204-а).

ЛИТЕРАТУРА

[1] Н. С. Барбатттина и др.. Приборы и техника эксперимента. Л"2 6, 20 (2000).

[2] Н. С. Барбатттина и др.. Приборы и техника эксперимента. Л"2 2. 26 (2008).

По материалам Я Всероссийской молодежной школы-семинара 'Инновационные аспекты фундаментальных исследований по актуальным проблемам физики", Москва, ФИАН, октябрь 2009 г.

Поступила в редакцию 7 апреля 2010 г.