1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Геомагнетизм и аэрономия
  4. T. 63, № 5, 2023

Геомагнетизм и аэрономия, 2023, T. 63, № 5, стр. 638-643

Развитие метода восстановления энергетических спектров высыпающихся электронов по данным измерений в атмосфере

В. С. Махмутов 1, 2, *, Е. А. Маурчев 3, 4, **, Г. А. Базилевская 1, ***, И. А. Миронова 5, ****

1 Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН (ФИАН)
Москва, Россия

2 Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет)
Москва, Россия

3 Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н.В. Пушкова РАН (ИЗМИРАН)
Троицк, Москва, Россия

4 Полярный геофизический институт
Апатиты (Мурманская обл.), Россия

5 Санкт-Петербургский государственный университет (СПбГУ)
Санкт-Петербург, Россия

* E-mail: makhmutv@sci.lebedev.ru
** E-mail: maurchev1987@gmail.com
*** E-mail: bazilevskayaga@lebedev.ru
**** E-mail: irini.mironova@gmail.com

Поступила в редакцию 19.03.2023
После доработки 05.04.2023
Принята к публикации 25.05.2023

Аннотация

Проведение Физическим институтом им. Лебедева (ФИАН) регулярных измерений потоков заряженных частиц в атмосфере Земли позволило зарегистрировать с 1963 г. более 500 случаев высыпаний энергичных электронов в северных полярных широтах. Полученные экспериментальные данные представляют собой единственную в мире базу данных о высыпаниях электронов, зарегистрированных непосредственно в земной атмосфере. Первичные потоки высыпающихся электронов поглощаются в верхних слоях атмосферы. Однако, генерируемые ими потоки вторичных фотонов могут проникать глубоко в атмосферу, иногда до высот ~20 км, доступных для баллонных измерений ФИАН. В работе представлена новая методика восстановления энергетического спектра высыпающихся электронов, разработанная на основе моделирования методом Монте-Карло процесса распространения электронов в атмосфере. Показана применимость методики для накопленных экспериментальных данных и представлены новые результаты для отдельных событий, зарегистрированных в атмосфере.

Список литературы

  1. – Agostinelli S., Allison J., Amako K. et al. Geant4 – a simulation toolkit //Nucl. Instrum. Meth. A. V. 506. № 3. P. 250–303. 2003. https://doi.org/10.1016/S0168-9002(03)01368-8

  2. – Anderson K.A. Soft radiation events at high altitude during the magnetic storm of August 29–30, 1957 // Phys. Rev. V. 111. P. 1397–1405. 1958. https://doi.org/10.1103/PhysRev.111.1397

  3. – Arsenovic P., Rozanov E., Stenke A., Funke B., Wissing J., Mursula K. et al. The influence of middle range energy electrons on atmospheric chemistry and regional climate // J. Atmos. Sol.-Terr. Phy. V. 149. P. 180–190. 2016. https://doi.org/10.1016/j.jastp.2016.04.008

  4. – Bazilevskaya G.A., Krainev M.B., Stozhkov Yu.I., Svirzhevskaya A.K., Svirzhevsky N.S. Long-term Soviet program for the measurement of ionizing radiation in the atmosphere // J. Geomagn. Geoelectr. V. 43 (Suppl.). P. 893–900. 1991. https://doi.org/10.5636/jgg.43.Supplement2_893

  5. – Bazilevskaya G.A., Svirzhevskaya A.K. On the stratospheric measurements of cosmic rays // Space Sci. Rev. V. 85. P. 431–521. 1998.

  6. – Bazilevskaya G.A., Kalinin M.S., Krainev M.B., Makhmutov V.S., Stozhkov Y.I., Svirzhevskaya A.K., Svirzhevsky N.S., Gvozdevsky B.B. Temporal characteristics of energetic magnetospheric electron precipitation as observed during long-term balloon observations // J. Geophys. Res. – Space. V. 125. № 11. e28033. 2020. https://doi.org/10.1029/2020JA028033

  7. – Bazilevskaya G.A., Dyusembekova A.S., Kalinin M.S., Krainev M.B., Makhmutov V.S., Svirzhevskaya A.K., Svirzhevsky N.S., Stozhkov Yu.I., Tulekov E.A. Comparison of the results on precipitation of high-energy electrons in the stratosphere and on satellites // Cosmic Res. V. 59. № 1. P. 24–29. 2021. https://doi.org/10.1134/S0010952521010020

  8. – Charakhchyan A.N. Investigation of stratosphere cosmic ray intensity fluctuations induced by processes on the Sun // Usp. Fiz. Nauk. V. 83. P. 35–62. 1964.

  9. – Grankin D., Mironova I., Bazilevskaya G., Rozanov E., Egorova T. Atmospheric Response to EEP during Geomagnetic Disturbances // Atmosphere. V. 14. № 2. P. 273. 2023. https://doi.org/10.3390/atmos14020273

  10. – Lazutin L.L., Khrushchinsky A.A., Kozelova T.V. et al. SAMBO-GEOS: On three-dimensional substorm dynamics – A case study for 4 March 1979 // Adv. Space Res. V. 5. № 4. P. 171–174. 1985. https://doi.org/10.1016/0273-1177(85)90134-6

  11. – Makhmutov V.S., Bazilevskaya G.A., Krainev M.B., Storini M. Long-term cosmic ray experiment in the atmosphere: energetic electron precipitation events during the 20–23 solar activity cycles // Proc. 27th Int. Cosmic Ray Conf., Hamburg, SH. P. 4196–4199. 2001.

  12. – Makhmutov V.S., Bazilevskaya G.A., Desorgher L., Flückiger E. Precipitating electron events in October 2003 as observed in the polar atmosphere // Adv. Space Res. V. 38. № 8. P. 1642–1646. 2006. https://doi.org/10.1016/j.asr.2006.01.016

  13. – Makhmutov V.S., Bazilevskaya G.A., Stozhkov Y.I., Svirzhevskaya A.K., Svirzhevsky N.S. Catalogue of Electron Precipitation Events as Observed in the Long-Duration Cosmic Ray Balloon Experiment // J. Atmos. Sol.-Terr. Phy. V. 149. P. 258–276. 2016. https://doi.org/10.1016/j.jastp.2015.12.006

  14. – Maurchev E.A., Mikhalko E.A., Germanenko A.V., Balabin Yu.V., Gvozdevsky B.B. RUSCOSMICS Software Package as a tool for estimating the Earth’s atmosphere ionization rate by cosmic ray protons // B. Russ. Acad. Sci. Phys. V. 83. № 5. P. 653–656. 2019. https://doi.org/10.3103/S1062873819050241

  15. – Maurchev E.A., Baltabin Yu.V., Germanenko A.V., Gvozdevsky B.B. Modeling the transport of Solar Cosmic Ray Proton Fluxes through Earth’s Atmosphere for the GLE42 and GLE44 Events // B. Russ. Acad. Sci. Phys. V. 85. P. 273–276. 2021a. https://doi.org/10.3103/S1062873821030151

  16. – Maurchev E.A., Balabin Yu.V., Germanenko A.V., Mikhalko E.A., Gvozdevsky B.B. Calculating the Rate of Ionization during a GLE Event with a Global Model of Earth’s Atmosphere and Estimating of the Contribution to this Process from Galactic Cosmic Ray Particles with Z > 2 // B. Russ. Acad. Sci. Phys. V. 85. P. 277–281. 2021b. https://doi.org/10.3103/S1062873821030163

  17. – Maurchev E.A., Mikhalko E.A., Balabin Yu.V., Germanenko A.V., Gvozdevsky B.B. Estimated equivalent radiation dose at different altitudes in Earth’s atmosphere // Sol-Terr. Phys. V. 8. № 3. P. 27–31. 2022. https://doi.org/10.12737/stp-83202204

  18. – Millan R.M., McCarthy M.P., Sample J.G. et al. The balloon array for RBSP relativistic electron losses (BARREL) // Space Sci. Rev. V. 179. P. 503–530. 2013. https://doi.org/10.1007/s11214-013-9971-z

  19. – Mironova I., Artamonov A., Bazilevskaya G., Rozanov E., Makhmutov V., Mishev A., Karagodin A. Ionization of the polar atmosphere by energetic electron precipitation retrieved from balloon measurements // Geophys. Res. Lett. V. 46. P. 990–996. 2019. https://doi.org/10.1029/2018GL079421

  20. – Picone J.M., Hedin A.E. NRLMSISE-00 empirical model of the atmosphere: Statistical comparisons and scientific issues // J. Geophys. Res. V. 107. № A12. P. 1468. 2002. https://doi.org/10.1029/2002JA009430

  21. – Sinnhuber M., Nieder H., Wieters N. Energetic Particle Precipitation and the Chemistry of the Mesosphere/Lower Thermosphere // Surv. Geophys. V. 33. P. 1281–1334. 2012. https://doi.org/10.1007/s10712-012-9201-3

  22. – Stozhkov Y.I., Svirzhevsky N.S., Bazilevskaya G.A., Kvashnin A.N., Makhmutov V.S., Svirzhevskaya A.K. Long-term (50 years) measurements of cosmic ray fluxes in the atmosphere // Adv. Space Res. V. 44. № 10. P. 1124–1137. 2009. https://doi.org/10.1016/j.asr.2008.10.038

  23. – Winckler J.R., Bhavsar P.D., Anderson K.A. A study of the precipitation of energetic electrons from the geomagnetic field during magnetic storms // J. Geophys. Res. V. 67. № 10. P. 3717–3735. 1962. https://doi.org/10.1029/JZ067i010p03717

  24. – Woodger L.A., Halford A.J., Millan R.M. et al. A summary of the barrel campaigns: Technique for studying electron precipitation // J. Geophys. Res. – Space. V. 120. P. 4922–4935. 2015. https://doi.org/10.1002/2014JA020874

  25. – http://www.cern.ch/geant4

  26. – https://ruscosmics.ru/FIANRSCSM/

  27. – https://satdat.ngdc.noaa.gov/sem/poes/data/

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Геомагнетизм и аэрономия

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал