Бывает ли плохая погода в космосе

22.04.2011

В Институте космофизических исследований и аэрономии им. Ю.Г. Шафера СО РАН изучают межпланетные ударные волны

В Институте космофизических исследований и аэрономии им. Ю.Г. Шафера СО РАН изучают межпланетные ударные волны. Если знать динамику интенсивности галактических космических лучей, то можно предсказывать время, когда возмущение солнечного ветра будет воздействовать на Землю.

Доклад на эту тему был представлен на конференции «Фундаментальные и прикладные космические исследования» старшим научным сотрудником института, кандидатом физико-математических наук Иваном Станиславовичем Петуховым.

Сценарий событий таков: на Солнце происходит вспышка, из короны выбрасывается плазма, которая движется со скоростью больше звуковой, и ней образуется ударная волна. Галактические космические лучи, перемещающиеся со световыми скоростями, могут взаимодействовать с этим возмущением и изменяться, а потом попадать на Землю, где и будут зарегистрированы детекторами. Так как скорость самого возмущения не так велика, то изменение интенсивности космических лучей можно заметить до прихода на орбиту Земли самого возмущения.

— Возмущение имеет сложное строение, — отметил докладчик, — внешняя граница — фронт ударной волны, за фронтом — возмущенный солнечный ветер, внутри расположено магнитное облако. Все эти области могут влиять на динамику космических лучей. Мы изучили влияние фронта ударной волны.

Задача состоит из двух частей: первая — расчет движения частиц в межпланетном пространстве, вторая — в магнитном поле Земли. Все частицы попадающие в магнитосферу Земли можно разделить на три популяции. Первый тип — это частицы не взаимодействовавшие с возмущением; второй — те, которые шли, встретились с ударной волной и отразились; частицы третьего типа пришли из области возмущения. Интенсивность частиц первого типа не меняется, для второго наблюдается повышение, для третьих же интенсивность уменьшается. Для второй части расчета — распространение в геомагнитном поле — применялась модель, в которой рассчитываются траектории движения частиц от границы магнитосферы до поверхности Земли, где они будут зарегистрированы детектором.

— Эта задача достаточно сложная, — прокомментировал И. С. Петухов, — если задавать начальные условия траектории на границе магнитосферы, потом «стрелять» и смотреть: попадет или не попадет в детектор частица из этой области. Мы эту задачу решаем в режиме «обратного времени»: то есть задаем частицы, которые попали в детектор, и считая траектории с отрицательным шагом по времени «протягиваем» их до границы магнитосферы.

Нужно также отметить, что детектор регистрирует не сами космические лучи, а вторичные частицы: нейтроны и мюоны, которые возникают в процессе взаимодействия космических лучей с атмосферой. Поэтому нужно учесть не только движение частиц в геомагнитном поле, но и коэффициент связи, учитывающий геометрические размеры детектора, и множественность — число вторичных частиц, рождающихся от одной первичной частицы.

Детектор, расположенный на Земле, видит не всю поверхность магнитосферы, а только ее маленькую часть: те частицы, которые попадают в область его приема. Так как Земля вращается вокруг своей оси, то эта область будет двигаться по границе магнитосферы. Наблюдения одной станции не дают полной картины, поэтому необходимы данные мировой сети.

— Были проведены расчеты для условий, предшествующих магнитной буре 9 сентября 1992 года, — рассказал И. С. Петухов. — Последующее сопоставление с наблюдением показало применимость нашей модели. Подобный расчет был проведен для набора станций мировой сети нейтронных мониторов. Видно, что метод хорошо работает для среднеширотных станций, но для низкоширотных и высокоширотных он менее применим. Возможно, улучшенная модель будет способна воспроизводить динамику космических лучей в реальных событиях и может быть использована для решения задач космической погоды.

ЦОС СО РАН

©РАН 2021