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

Геомагнетизм и аэрономия, 2023, T. 63, № 5, стр. 570-580

Влияние коротирующих областей взаимодействия солнечного ветра на долговременные вариации интенсивности галактических космических лучей

М. С. Калинин 1, *, М. Б. Крайнев 1, 2, С. Луо 2, М. С. Подгитер 2, 3

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

2 Шаньдунский институт перспективных технологий
Шаньдун, Цзинань, Китай

3 Институт экспериментальной и прикладной физики, Университет Христиана Альбрехта
Киль, Германия

* E-mail: kalininms@lebedev.ru

Поступила в редакцию 01.02.2023
После доработки 03.04.2023
Принята к публикации 25.05.2023

Аннотация

Анализ данных космических аппаратов, сканировавших значительные области гелиосферы, а также результатов магнитно-гидродинамических расчетов указывает на то, что коротирующие области взаимодействия солнечного ветра, практически постоянно присутствующие в низко- и среднеширотной гелиосфере, иногда сильно изменяют крупномасштабные характеристики гелиосферы, важные для долговременных вариаций интенсивности галактических космических лучей. В частности, для кэррингтоновского оборота № 2066 (январь–февраль 2008 г.) эти области усиливают магнитные поля во внутренней (r < 3–5 а.е.) и ослабляют их в средней и дальней гелиосфере, а также существенно изменяют распределение гелиосферных магнитных полей по полярности. Авторами было сделано предположение, что в такой ситуации влияние коротирующих областей взаимодействия должно приводить к увеличению интенсивности галактических космических лучей во многих областях гелиосферы. В статье обсуждаются процесс изменения распределения гелиосферных магнитных полей по полярности из-за взаимодействия разноскоростных потоков СВ для кэррингтоновского оборота № 2066, простая модель гелиосферного магнитного поля без взаимодействия между разноскоростными потоками солнечного ветра, а также результаты численных двумерных расчетов методом конечных разностей усредненной по долготе интенсивности ГКЛ с использованием указанной модели в сравнении с трехмерным расчетом методом Монте-Карло, основанным на трехмерном магнитно-гидродинамическом моделировании гелиосферы.

Список литературы

  1. – Калинин М.С., Базилевская Г.А., Крайнев М.Б. и др. Описание интенсивности галактических космических луче в трех последних минимумах солнечной активности // Изв. РАН Сер. Физ. Т. 79. № 5. С. 660–662. 2015. https://doi.org/10.7868/S0367676515050245

  2. – Калинин М.С., Крайнев М.Б. Двумерное транспортное уравнение для галактических космических лучей как следствие редукции трехмерного уравнения // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 54. № 4. С. 463–469. 2014. https://doi.org/10.1134/S0016793214040045

  3. – Крайнев М.Б., Калинин М.С., Базилевская Г.A. и др. О проявлении коротирующих областей взаимодействия солнечного ветра в вариациях интенсивности ГКЛ // Солнечно-земная физика. Т. 9. № 1. С. 3–18. 2023. https://doi.org/10.12737/szf-81202201

  4. – Крымский Г.Ф. Диффузионный механизм суточных вариаций космических лучей // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 4. № 6. С. 977–986. 1964.

  5. – Adriani O., Barbarino G.C., Bazilevskaya G.A. et al. Time dependence of the proton flux measured by PAMELA during the 2006 July–2009 December solar minimum // ApJ. V. 765. № 91. 2013. https://doi.org/10.1088/0004-637X/765/2/91

  6. – Aslam O.P.M., Bisschoff D., Potgieter M.S. et al. Modeling of Heliospheric Modulation of Cosmic-Ray Positrons in a Very Quiet Heliosphere // ApJ, 873:70. 2019. https://doi.org/10.3847/1538-4357/ab05e6

  7. – Belcher J.W., Davis L. Large-amplitude Alfvén waves in the interplanetary medium, 2. // J. Geophys. Res. V. 76. Iss. 16. P. 3534. 1971. https://doi.org/10.1029/JA076i016p03534

  8. – Bishchoff D., Potgieter M.S., Aslam O.P.M. New very local interstellar spectra for electrons, positrons, protons, and light cosmic ray nuclei // ApJ. V. 878:59. 2019. https://doi.org/10.3847/1538-4357/ab1e4a

  9. – Guo X., Florinski V. Corotating interaction regions and the 27 day variation of galactic cosmic rays intensity at 1 AU during the cycle 23/24 solar minimum // J. Geophys. Res. Space Physics. V. 119. P. 2411–2429. 2014. https://doi.org/10.1002/2013JA019546

  10. – Guo X., Florinski V. Galactic cosmic-ray intensity modulation by corotating interaction region stream interfaces at 1 au // ApJ. V. 826. № 65. 2016. https://doi.org/10.3847/1538-4357/ab31a5

  11. – Hundhausen A.J. Coronal Expansion and Solar Wind, Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York. 238 p. 1972.

  12. – Jokipii J.R., Levy E.H., Hubbard W.B. Effects of particle drift on cosmic-ray transport. I. General properties, application to solar modulation // ApJ. V. 213. P. L85–L88. 1977.

  13. – Kalinin M.S., Krainev M.B., Gvozdevsky B.B. et al. On the transition from 3D to 2D transport equations for a study of long-term cosmic-ray intensity variations in the heliosphere. PoS(ICRC2021)1323. 2022. https://pos.sissa.it/

  14. – Kopp A., Wiengarten T., Fichtner H. et al. Cosmic-Ray Transport in Heliospheric Magnetic Structures. II. Modeling Particle Transport through Corotating Interaction Regions // ApJ. V. 837. № 37. 2017. https://doi.org/10.3847/1538-4357/aa603b

  15. – Kóta J., Jokipii J.R. The role of corotating interaction regions in cosmic-ray modulation // Geophys Res Lett. V. 18. P. 1797–1800. 1991. https://doi.org/10.1029/91GL02307

  16. – Kóta J., Jokipii J.R. Modeling of 3-D corotating cosmic-ray structures in the heliosphere // Space Sci Rev V. 83. P. 137–145. 1998. https://doi.org/10.1007/978-94-017-1189-0_12

  17. – Luo X., Zhang M., Feng X. et al. A numerical study of the effects of corotating interaction regions on cosmic-ray transport, ApJ. V. 899. P. 90. 2020. https://doi.org/10.3847/1538-4357/aba7b5

  18. – Mays M.L., Taktakishvili A., Pulkkinen A. et al. Ensemble modeling of CMEs using the WSA-ENLIL + Cone model // Solar Phys. V. 290, Iss. 6. P. 1775–1814. 2015. https://doi.org/10.1007/s11207-015-0692-1

  19. – Modzelewska R., Alania M.V. Dependence of the 27-day variation of cosmic rays on the global magnetic field of the Sun // Adv. Space Res. 0:716. 2012. https://doi.org/10.1016/j.asr.2011.07.022

  20. – Modzelewska R., Bazilevskaya G.A., Boezio M. et al. Study of the 27 Day Variations in GCR Fluxes during 2007–2008 Based on PAMELA and ARINA Observations // ApJ. V. 904:3. 2020. https://doi.org/10.3847/1538-4357/abbdac

  21. – Ngobeni M.D., Aslam O.P.M., Bisschoff D. et al. The 3D numerical modeling of the solar modulation of galactic protons and helium nuclei related to observations by PAMELA between 2006 and 2009 // Astrophys & Space Sci. V. 365:182. 2020. https://doi.org//10.1007/s10509-020-03896-1.

  22. – Ngobeni M.D., Potgieter M.S., Aslam O.P. et al. Simulations of the solar modulation of Helium isotopes constrained by observations // Adv. Space Res. V. 69. P. 2330–2341. 2022. https://doi.org//10.1016/j.asr.2021.12.018

  23. – Parker E.N. Dynamics of the interplanetary gas and magnetic fields // ApJ. V. 128. P. 664. 1958a.

  24. – Parker E.N. Cosmic ray modulation by solar wind // Phys. Rev. V. 110. P. 1445. 1958b.

  25. – Parker E.N. The passage of energetic charged particles through interplanetary space // Planet. Space Sci. V. 13. P. 9–49. 1965.

  26. – Pizzo V.J., Gosling J.T. 3-D simulation of high-latitude interaction regions: comparison with Ulysses results // Geophys Res Lett. V. 21. P. 2063–2066. 1994. https://doi.org/10.1029/94GL01581

  27. – Potgieter M.S., Vos E.E. Difference in the heliospheric modulation of cosmic-ray protons and electrons during the solar minimum period of 2006 to 2009 // A&A.P. 601. A23. 2017. https://doi.org/10.1051/0004-6361/201629995

  28. – Richardson I.G. Solar wind stream interaction regions throughout the heliosphere // Living Reviews Solar Physics. LRSP. V. 15. № 1. 2018. https://doi.org/10.1007/s41116-017-0011-z

  29. – Riley P., Linker J.A., Lionello R., Mikic Z. Corotating interaction regions during the recent solar minimum: The power and limitations of global MHD modeling // J. Atmos. Solar-Terr. Phys. V. 83. P. 1–10. 2012. https://doi.org/10.1016/j.jastp.2011.12.013

  30. – Shen F., Yang Z., Zhang J. et al. Three-dimensional MHD simulation of solar wind using a new boundary treatment: comparison with in situ data at Earth // ApJ. V. 866:18. 2018. https://doi.org/10.3847/1538-4357/aad806

  31. – Shulz M. Interplanetary sector structure and the heliomagnetic equator // Astrophys. Space Sci. V. 24. P. 371. 1973. https://doi.org/10.1007/BF02637162

  32. – Simpson J.A. A brief history of recurrent solar modulation of the galactic cosmic rays (1937–1990) // Space Science Reviews. V. 83. P. 169–176. 1998. https://doi.org/10.1007/978-94-017-1189-0_15

  33. – Wiengarten T., Kleimann J., Fichtner H. et al. MHD Simulations: Corotating Interaction Regions // JGR. V. 788. № 80. 2014. https://doi.org/10.1029/2012JA018089

  34. – Zhang M. A path integral approach to the theory of heliospheric cosmic-ray modulation // ApJ. V. 510. P. 715–725. 1999a. https://doi.org/10.1086/306624

  35. – Zhang M. A Markov stochastic process theory of cosmic-ray modulation // ApJ. V. 513. P. 409–420. 1999b. https://doi.org/10.1086/306857

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Геомагнетизм и аэрономия

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал