Влияние возмущений магнитосферы Земли,
вызванной солнечной активностью, на поток
высокоэнергичных космических лучей.
А. Бычков. А. Гуськов.
В настоящее время в Объединённом Институте Ядерных Исследований (Дубна) создаётся распределённая установка “РУСАЛКА” для регистрации широких атмосферных ливней (ШАЛ), порождаемых взаимодействием первичных космических лучей с атмосферой Земли. Её основными научными задачами являются изучение вариаций потока первичных космических лучей и поиск пространственных и временных корреляций между ШАЛ в диапазоне энергий выше 1013 эВ. В рамках научно-образовательного проекта “Ливни знаний” данные установки «РУСАЛКА» доступны через веб-интерфейс для анализа широкому кругу заинтересованных пользователей по адресу livni. jinr. ru.
 |
Сама установка «РУСАЛКА» представляет собой кластер из 7 детектирующих станций. Диаметр описанной вокруг кластера окружности, составляет 250 метров, таким образом эффективная площадь установки составляет 0.05 км2. Это позволяет регистрировать ливни от протонов с энергией около 100 ТэВ. Каждая станция установки включает 2 сцинтилляционных счётчика, блок электроники сбора данных и антенну GPS приёмника. Раз в 6 часов каждая станция передаёт набранные данные на центральный сервер для хранения и последующей обработки, в том числе и через веб-интерфейс.
Рис.1 Cхема детектирующей станции установки “РУСАЛКА”
Для поиска и изучения вариаций потока космических лучей, вызванных не известными на сегодняшний день причинами, прежде всего, необходимо принять во внимание вариации, связанные с уже известными причинами, такими, как, зависимость счёта станций от атмосферного давления, температуры, солнечной активности.
Вариации, связанные с двумя первыми причинами, при обработке событий учитываются корректировкой счёта станций в соответствии с показаниями входящей в установку метеостанции, что позволяет почти полностью исключить их влияние на скорость счёта. Однако остаётся ещё один возможный источник вариаций – солнечная активность.
О связи солнечной активности с вариациями потока мягких космических лучей, регистрируемых у поверхности Земли, известно давно: эффект проявляется в виде понижения интенсивности ШАЛ. Данный эффект может составлять десятки процентов, в то время, как влияние солнечной активности на жёсткие космические лучи, ШАЛ от которых и регистрируют станции установки, незначительно.
В данной работе сделана попытка проследить связь возмущений геомагнитного поля, вызванных солнечной активностью, с изменением потока вторичных космических лучей у поверхности Земли, рождённых при взаимодействии первичных протонов с энергией выше 100 ГэВ в атмосфере.
Для поиска указанной зависимости использованы данные по измерению временной зависимости счёта станций 4, 5, и 3 в период с марта по октябрь 2011 года и данные по геомагнитной активности (использовались базы данных проекта «ТЕСИС»). Статистика с данных станций была поправлена на барометрический и температурный эффекты.
Основная идея, использованная в данной работе, заключается в том, что для поиска корреляций между изменением регистрируемого потока ШАЛ и солнечной активностью исследовалась не зависимость среднего счёта станций от времени, сопоставленная со временем начала солнечных вспышек, а зависимость флуктуаций регистрируемого числа событий от индекса геомагнитной активности Kp. Была сделана попытка выделить в наблюдаемых изменениях счёта компонентy, не связанную со статистическими флуктуациями и зависящую от Kp. Единичным временным интервалом, на котором изучались варияции, являлись сутки. В работе подробно описывается методика обработки данных и выявления корреляций между геомагнитной активностью и параметрами скорости счёта.
В результате проделанного анализа не было обнаружено зависимости вариаций регистрируемого потока ШАЛ от солнечной активности. Однако был сделан вывод о верхнем пределе для величины таких вариаций. На Рис.2 показаны уровни оценки верхнего предела вариаций, не связанных с статистическими флуктуациями, в зависимости от Kp соответствующие уровням достоверности 95% и 99%. То есть если вариации, связанные с солнечной активностью существуют, то их величина с вероятностью 95% и 99% лежит ниже приведенных кривых. Таким образом, можно утверждать с вероятностью 99%, что даже во время сильных магнитных бурь (Kp = 8) уровень вариаций, потока первичных космических лучей с энергией выше 100 ГэВ на временногм масштабе порядка нескольких часов, вызванных возмущением магнитосферы Земли, не превышает 1.2%.
Рис. 2: Зависимость оценки максимально возможного уровня флуктуаций, вызванных солнечной активностью, от индекса геомагнитной активности 
.
Полученный результат важен для понимания источников вариаций счёта установки “РУСАЛКА”, а, следовательно, и для дальнейшего развития научно-образовательного проекта.
