Ғарыштық сәулелер вариацияларының түрі
Қазақстан Республикасының Білім және ғылым министрлігі
Л.Н.Гумилев атындағы Еуразия Ұлттық университеті
Бекбатыр Айғаным Ерланқызы
2016-2017жж. Күн оқиғалары
(ғылыми-педагогикалық бағыт)
Астана, 2018 ж.
МАЗМҰНЫ
КІРІСПЕ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
5
1
ҒАРЫШТЫҚ СӘУЛЕЛЕРГЕ ЖАЛПЫ ШОЛУ ... ... ... ... ... ... .
9
1.1
Галактикалық ғарыштық сәулелердің заманауи жағдайы ... ... .
9
1.2
Ғарыштық сәулелердің вариациясын зерттеу тәсілдері ... ... ... .
13
1.3
Күн жарқылдарының жалпы сипаттамасы ... ... ... ... ... ... ... ... ..
28
2
КОВЕРАСТАНА ҚОНДЫРҒЫ КЕШЕНІНДЕ ҚОЛДАНЫЛАТЫН БАҒДАРЛАМАЛАУ ... ... ... ... ... .. ... ... ...
36
2.1
Ковер қондырғысы туралымәлімет ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ...
36
2.2
Нейтронды мониторлар әлемдік желісі ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ...
39
3
ТӘЖІРИБЕЛІК ДЕРЕКТЕР ... ... ... ... ... ... .
45
3.1
Ковер(Астана) қондырғы кешенінде 2016 - 2017 жж. үшін алынған нәтижелер ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
45
ҚОРЫТЫНДЫ
55
ПАЙДАЛАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ...
57
БЕЛГІЛЕУЛЕР МЕН ҚЫСҚАРТУЛАР
ҚР
Қазақстан Республикасы
ҒФК
ғылыми-физикалық кешен
ҒС
ғарыштық сәулелер
ГҒС
галактикалық ғарыштық сәулелер
КҒС
күндік ғарыштық сәулелер
НМ
нейтронды монитор
МГД
микрогидродинамика
УФ
Ультрафиолет
IDL
Interactive Data Language
ПМӨ
планетааралық магнитті өріс
ҒАФИ
Физикалық институты Ғылым Академиясы
ЕҰУ
Еуразия Ұлттық университеті
Кіріспе
Күн белсенділігінің Жер климатына байланысы ғалымдарды төрт мыңжылдықтан аса уақыт бойы қызықтырып келеді. Күн-жер байланысы туралы тақырыптарда шыққан мақалалардың көбіне қарамастан, Күн белсенділігінің Жер климатына әсері туралы сұрақ әлі күнге дейін жауабын таба алмайды.
2015 жылдың қараша-желтоқсан айларында Париждегі БҰҰ-дың Халықаралық конференциясында шартқа қол қоюшылар атмосфераға көмірқышқыл қалдықтарын таратуды азайтуға міндетті болатын, жаңа келісім -шарт шығарылған болатын. Бірақ та, XX ғасырда жаппай климаттың жылыну себептері туралы сұрақтар талқылауда қалып отыр: ол индустриалдық белсенділікке байланысты жылыжай эффектісінен туындаған ба, әлде күн белсенділігінің өсуімен және галактикалық ғарыштық сәулелердің (ГҒС) қарқындылығының төмендеуіне байланысты табиғи факторлардың әсерінен туындады ма? Саясаттың ықыласы үшін бұл мәселенің шешімі сыртқы көздердің, соның ішінде, күн белсенділігінің өзгеруі әсерінен болатын атмосфера жағдайының және климаттың табиғи өзегру жағдайына техногенді процесстердің әсері масштабты түрде салыстыру болып отыр. Мысалы, бағалаулар бойынша [1], альбедо атмосферасының жоғарылауына әсер ететін ғарыштық факторлардың әсері, немесе оның мөлдірлігінің төмендеуі тек қана 1 %, атмосфера құрамында көміртек диоксидін екі есе көбейтуге алып келетінклиматтың жылынуын толықтыруы мүмкін.
Гелиоклиматологияның негізгі мәселелерінің бірі болып ғаламдық ауа райы мен климатқа әсер етуші Күн белсенділігінің (магнит бораны, бөлшектер ағыны және т.б.) жер бетінде белсенділік таныту энергетикасының әлсіздігі ерекшеленіп отыр. Осы болжанып отырған әрекеттің қанағаттанарлық физикалық теориясы әлі күнге дейін ұсынылмаған. Жалпы талқылауда электромагнитті сәулеленудің және зарядталған бөлшектердің газдық құрамға, төменгі атмосфераның электрлік параметрлері мен аэрозоль құрамына вариациялық модульденген әсері туралы сұрақ болып отыр. Бұл диссертациялық жұмыс осы көрсетілген бағыттағы жасалған жұмыстарды көрсетеді.
Соңғы жылдардағы күн-жер байланысы туралы тақырыптарға қызығушылыққа қарамастан, күн белсенділігінің гидрологиялық цикл элементтеріне әсері тақырыбына байланысты мәліметтердің жеткіліксіздігін атап кету керек. Шет ел және отандық зерттеулердің ішінде келесілерді атап кетуге болады: төменгі қабат бұлттар санына гелиофакторлардың әсерін бағалау [2]; бұлттықтың оптикалық тығыздығы [3]; жауын-шашынның саны [4]; қатты қуаңшылықтың қайталануы [5], мұхиттардың бетіне байланысты жылу ағынының өзгеруі [6], Каспий теңізінің деңгейі [7]. Күн белсенділігінің әсері нәтижесінде ғаламдық булану вариациясына арналған жұмыстар табылған жоқ. Осындай зерттеулердің маңыздылығы жер климатының ұзақ мерзімді болжамдылығымен практикалық құндылығымен, гидрологиялық циклге гелиоактивтілік әсерінің физикалық механизмінің болуымен ғылыми құндылығымен, ғаламдық су ауысу элементтері мен факторларын зерттеу қажеттілігімен, атмосфералалық электр, бұлттар микрофизикасы, атмосфера физикасы және климаттың ғаламдық өзгеруін математикалық модельдеу саласындағы кең классты мәселелерді шешуде эффективті модельдер мен тәсілдерді өндіру.
Берілген жұмыста ғарыштық сәулелердің екінші ретті бөлшектерінің вариациясын тәжірибе жүзінде зерттеу үшін электр өрісінің жер сипаттамалары мен жер атмосферасының метрологиялық параметрлер сипаттамаларының өзгеруі барысында Ковер(Астана) ғарыш - физикалық кешені пайдаланылады. Жер бетінен 358м биіктікте және геомагниттік кесу қатаңдығы Rc~2,5 ГэВ \ болатын, ЕҰУ (Қазақстан) және ҒАФИарасындағы халықаралық серіктестік келісім шарты аясында Ковер(Астана)) детекторы П.Н.Лебедев атындағы физикалық институт Академия ғылым ордасында құрастырылған [8-11]. Бұл кешен екінші ретті сәулелердің энергетикалық спектрін, ғарыштық сәулелердің қарқындылық өзгерісін, Күндегі жарқылдарды тіркеуге арналған.
Жұмыстың өзектілігі
Гелиосферада болып жатқан кез келген оқиғаларды іс жүзінде көрсету қабілеті галактикалық ғарыштық сәулелер вариациясын планетааралық ортада болып жатқан күн белсенділігі және процесстерді зерттеу үшін ерекше құрылғы етеді. Ғарыштық сәулелер анизотропиясында гелиосфералық оқиғалар ғарыштық сәулелер тығыздығындағыға қарағанда неғұрлым анық және егжей-тегжейлі болып шығады. Ғарыштық сәулелер анизотропиясындағы өзгерістер негізінде, планетаралық ауытқуларда көрінеді, бірақ осы өзгерістердегі болып жатқан ақпараттарды түсіндіре білу қажет. Бұл келесідей қатысы бар мәселелерді шешу кезінде көмек тигізуі мүмкін: Күндегі күрделі көріністің себебінен қиынға түсетін жерлерде көздің типін анықтау (салмақты корональды шығару, немесе корональды тесіктердегі жоғары жылдамдықты плазма ағыны),Күндегі ауытқу көзінің орналасуын анықтау (мысалы, батыс, шығыс немесе орталық оқиғалар) және т.б.ғарыштық сәулелер анизотропиясы туралы ақпараттар сондай-ақ, магнитосфераның Жерге (магнитті дауылдардың шамасын анықтау және т.б.) түрлі күндік және гелиосфералық оқиғаларын әсерін болжауға мүмкіндік береді.
Жұмыстың мақсаты
Жерүсті электрлік өрістің (Ezкомпоненталар) және тіркелетін бөлшектердің энергиясының өзгеруіне байланысты, құрылғы үстінен зарядталған бөлшектердің өтуі кезінде стандартты нейтронды мониторда тіркелген, ғарыштық сәулелердің нейтрондық компоненталарының қарқындылық вариациясын зерттеу болып табылады.Мақсатқа жету үшін келесі мәселелер қойылып және шешімі табылды: гидрологиялық цикл мен күн белсенділігінің көпжылдық параметрлерімен мәліметтер базасы анықталды; спутниктік өлшеулер және онда жүктелген мәліметтердің дәлдігін анықтау
Зерттеу нысаны: галактикалық ғарыштық сәулелер.
Жұмыстың ғылыми жаңалығы:
Эксперименттік материалда сағаттық деректері бойынша галактикалық ғарыштық сәулелер анизотропиясының негізгі қасиеттері анықталды.
2016 жылдан бастап 2017 жылға дейін ғарыштық сәулелер анизотропиясының вариациясы алынды.
Ғарыштық сәулелердің вариациясы Күндегі жарқылдардың және басқа да болып жатқан құбылыстардың әсерінен болатыны, және осы әсердің себебінен фазасы өзгеретіні анықталды. Сондай-ақ, планетааралық магнитті өрістің кернеулігінің жоғары болғандығынан және күн желінің өзгергіштігі себебінен ғарыштық сәулелердің амплитудасы ұлғаятындығы анықталды.
Ғарыштық сәулелер анзитропия амплитудасы тыныш кезеңдердегіден қарағанда соқтықпа толқындар келген уақытта біршама ұлғаятындығы көрсетілді.
Жұмыстың ғылыми және практикалық маңыздылығы
Жерүсті электрлік өрістің (Ezкомпоненталар) және тіркелетін бөлшектердің энергиясының өзгеруіне байланысты, құрылғы үстінен зарядталған бөлшектердің өтуі кезінде стандартты нейтронды мониторда тіркелген, ғарыштық сәулелердің нейтрондық компоненталарының қарқындылық вариациясын зерттеу.
Ғарыштық сәуелердің екінші ретті бөлшектерінің вариациясын тәжірибе жүзінде зерттеу үшін электр өрісінің жер сипаттамалары мен жер атмосферасының метрологиялық параметрлер сипаттамаларының өзгеруін анықтау.
Магистратура оқу жылында диссертациялық жұмыс тақырыбыма байланысты 2 мақала жарық көрді:
Морзабаев А.К., Бекбатыр А.Е. Ковер детекторында 2018ж қаңтар айы үшін ғарыштық сәулелер вариациясын зерттеу XIIМеждународная конференция Наука и образование - 2018, Астана, 2018.
Морзабаев А.К, Гиниятова Ш.Г., Сахабаева С.М., Бекбатыр А.Е., Алимханова К.А Рачет барометрического коэффициента по данным детектора CARPET XIIIМеждународная конференция Наука и образование - 2017, Астана, 2017. - С.551-552.
Диссертацияның құрылымы және мазмұны. Диссертация кіріспеден, 3 тараудан, қорытындыдан, пайдаланылған әдебиеттер тізімінен тұрады. Оның көлемі 60 беттен тұрады, оның ішіне әдебиеттер тізімі, 31 суреттен және 2 кестеден тұрады. Кіріспеде диссертациялық жұмыстың өзектілігі жайлы айтылған, зерттеудің мақсаты тұжырымдалған, ғылыми жаңалығы дәлелденді, ғылыми-практикалық мәнділігі және алынған нәтижелердің дәлдігі көрсетілді, сондай-ақ, жұмыстың құрылымы қысқаша айтылып кетті.
Бірінші бөлімінде, ғарыштық сәулелердің анизотропиялық жағдайының заманауи жағдайы көрсетілген. Галактикалық ғарыштық сәулелердің негізгі әдіс-тәсілдері және зерттеу түрлері жайлы айтылған. Сондай-ақ, ғарыштық сәулелердің векторлық анизотропиясының жалпы құрылымы қарастырылады.
Екінші бөлімінде, Ковер(Астана) қондырғы кешенінің құрылымы, қолдану жолдары, және де осы құрылғымен байланысты нейтронды мониторда алынатын деректер жайлы түсініктерді қамтиды. Сондай-ақ, IDL бағдарламалау тілі туралы қысқаша мәліметтер көрсетілді. Үшінші бөлімінде, осы қондырғы да алынған тәжірибелік деректер, алынған графиктер көрсетілді. Сондай-ақ, әр түрлі биіктікте және әр қалада орналасқан нейтронды мониторлардан алынған мәліметтердің салыстырмалары келтірілді.
Қорытындыда негізгі нәтижелер мен диссертациялық жұмыстың қорытындылары айтылып кетті.
Пайдаланылған әдебиеттер тізімі.
1 ҒАРЫШТЫҚ СӘУЛЕЛЕРГЕ ЖАЛПЫ ШОЛУ
1.1Галактикалық ғарыштық сәулелердің заманауи жағдайы
Галактикалық ғарыштық сәулелердің (ҒС) Жерге барлық жағынан изотропты түседі. Бірақ та ҒС бұрыштық таралуындағы біршама біртексіздік тұрақты болып келеді. Дәлел ретінде Ғс жерүсті детекторлардың кез келгеніндегі есеп жылдамдығын қарастыруға болады. Есеп жылдамдығы вариациясында ҒС анизотропиясының болуы мен Жермен бірге детектордың айналуы болып табылатын, бір тәуліктегі периодты толқын көзге түседі. Қандай да бір есептеулерсіз ҒС вариациясын қарапайым бақылаудан анизотропияның бар екндігін ғана емес, сондай-ақ, оның негізгі құрылымын анықтауға болады. ҒС вариациясында тәуліктік толқын ерешелентін болғандықтан, бұл галактикалық ғарыштық сәулелердің анизотропиялық ағынының негізгі бөлігі вектормен немесе бірінші сфералық гармоникамен көрсетлуі мүмкін. Бұл гармониканың амплитудасы үлкен емес, негізінде 0,5% шамасында, бірақ 0-ге дейін азайып және 2% дейін өсуі мүмкін.
Жердің өз осінен айналу барысында пайда болатын, ҒС таралу бұрышының біртексізділік бөлігін күндік-тәуліктік анизотропия деп атайды. Ол өткен ғасырдың 30-шы жылдарында ҒС жиі бақылаулар жүргізіле бастағаннан кейін анықталған болатын. 80жылдан аса ҒС анизотропиясын зерттеулеріне өте көп жұмыстар жазылды (мысалға қарау кер., [34-42]). ҒС анизотропиясына деген үлкен назар анизотропияның күн белсенділігі негізгі құбылыстарына,негізгі күн циклдерінен бастап (11-жылдық және 22-жылдық) және күн желі мен планетааралық магнитті өріс параметрлерінің қысқа периодты флуктуацияларымен аяқтай отырып, деген таза әсер ететіндігіне байланысты. ҒС анизотропиясына қатысты жұмыстардың көптеген бөлігі оның бөлінуінің жеңілділігі септігін тигізді. Бірақ бұл жеңілдік күндік-тәуліктік анизотропияның бәсең периодтармен салыстырғанда ортатәуліктік сипаттамаларын алуға ғана қатысты. Ауытқу кезінде ортатәуліктік сипаттамалар пайдасы аз, ал қысқа периодтарда анизотропияның бөлінуі (мысалы, әр сағат сайын) - бұл арнайы амал мен тәсілдерді қажетететін өте қиын мәселе болып табылады.
Өзгерістерге қарамастан, күнді желде ҒС анизотропиясын тудыратын, әрдайым жұмыс істеп тұратын механизмді болжайтын,күндік-тәуліктік вариацияның амплитудасы мен фазасы жеткілікті тұрақты. Күнді-тәуліктік вариацияның түрлі механизмадері ұсынылған болатын. Қазіргі кезде, ҒС векторлы анизотропия бағыты мен шамасы Крымский ұсынған [26-28] конвективті-диффузиялық модельмен жақсы сипатталғаны мақұлданған. Бұл құбылыстың мәні ғарыштық сәулелердің таралу бұрышының анизотропиясының құрылуы күндік желдің өзгеру әрекетінен, ал анизотропияның бағыты планетааралық магнитті өрістің әсерінен болғандығы көрсетілген.
Ғарыштық сәулелер қарқындылығының өзгеруін зерттеу ғарыштық сәулелер физикасының ерекше бөлімін қарастырады. Оған өзіндік мағына сирек жазылатын. Бірнеше рет физиканың аса кең өрісінде, кенеттен қандай да бір жалпы физикалық қызықты нәтижелер шыға бастағанда орын алған болатын. Осылай 1926ж. Мысовский мен Тувим барометрлік эффект - атмосфера қысымының ұлғаюы кезінде Жер бетіндегі ғарыштық сәулелердің қарқындылығының азаюын анықтағанда болған болуы керек. Мұндай азаю атмосферада ғарыштық сәулелерді жұту дерегін дәлелдейді, және сәйкесінше, ғарыштық сәулелердегі жылдам бөлшектердің құрамын зерттеудің жаңа мүмкіндеіктері пайда болды.
Содан кейін температуралық эффект анықталған болатын. 1938 ж. Блэккет оған керемет түсініктеме берді. Бұл мезон ыдырауы енді ашылып жатқан жылдар болатын, бірақ, оны дәлелдейтін мен өмір сүру уақытын анықтайтын тәжірибелер әлі де сенімді емес еді. Бәріне мәлім, Блэккет мезондардың, егер олар тұрақсыз болса, ауаның белгілі бір масса бірінші ретті компонеталарының өтуі кезінде атмосфераның жоғарғы қабаттарында туындауы керектігіне назар аударды. Сондықтан атмосфераның қызуы және сәйкесінше кеңеюі кезінде (мысалға, қыстан жазға дейін) мезондар генерациясы деңгейінің биіктігі өсуі керек, жолы Жерге дейін, және ыдырауы - жоғарылауы және қарқындылығы - төмендеуі қажет. Оны бағалау жүргізілген тәжірибелермен сәйкес келді, алайда, нәтижесінде түннен күндізге дейін өзгерулер мерзімдікке қарағанда азырақ - теріс белгіге ие. Ол жылдары бөлшектерді тіркеу дәлдігі анық емес еді, 2-3 есеге дейінгі ауытқуларды шын мәнінде қабылдау мүмкін емес еді. Ғарыштық сәулелердің температуралық вариацияларын зерттеу мезондардың өмір сүру уақытын анықтауға мүмкіндік берді. Негізінде, енді оны μ-мезондар деп аталатын, атмсофералық мезондар, ядролық күштер мен Юкава теориясы бойынша β-ыдырауды түсіндіру үшін қажет ядролық мезондар емес екендігін көрсетті.
Осымен вариацияны зерттеуге мүмкіндік берген ғарыштық сәулелер мен элементар бөлшектер физикасы үшін түсінік тамамдалды[84].
Кесте - 1
Ғарыштық сәулелер вариацияларының түрі
Вариация түрі
Теңіз деңгейіндегі қаты компонента
Теңіз немесе тау деңгейіндегі нейтрондар
Үлкен биіктіктегі иондалаған компонента
60 м су тереңдігіндегі қатты компонента
1
2
3
4
5
Маусымдық
24
-
-
-
Тәуліктік (жерден тыс өтулердегі жасырын эффект)
≈0,15
-
-
-
11-жылдық
≈2
-
-
-
Кесте 1 жалғасы:
Жылдық
0,51
-
-
-
27-күндік
≈0,3
≈1
-
-
Тәуліктік
≈0,3
≈0,6
≲12
≈0,05
Жарты тәуліктік
≈0,03
-
-
≲0,02
Магнитті дауылдар кезіндегі кемулер
≲10
-
≈20
0,5
Үлкен күнжарқылдары кезіндегі ұлғаюлар
1040
≈550
-
0,5
Аз күн жарқылдары кезіндегі ұлғаюлар
≈0,3
≈0,6
≲10
-
Жұлдызды-тәуліктік
≲0,02
-
-
0,02
Галактикалық ҒС зерттеу барысында ғалымдар негізінен, екі негізгі әдістемелік қиыншылықтарға жолығады:
1. Жердің бетіне, тіпті, ең биік таулардың шыңына Галактикалық ҒС-дің алғашқы ағыны толық түспейді: атмосфераның жоғары тығыз қабаттарына енген кезде бөлшектердің ауа атомының ядроларымен бірнеше мәрте әсерлесуі жүреді. Сол себепті, ГҒС тікелей әдістермен зерттеу атмосферадан тыс аймақтарда, ғарыштық құрылғылардың немесе биік аэростаттардың көмегімен жүргізіледі.
2. ҒС қарқындылығы шарт бойынша энергиясыЕ~31016 эВ шамаға дейін I~Е-2.7, ал, осы энергия шамасы кейінI~Е-3.1 ұлғайғанда, күрт төмендейді. Сол себепті, жоғары энергиялы бөлшектерді зерттеу кезінде құрылғыларды атмосферадан тыс аумақта ұзақ уақыт ұстап тұру қажет болады. Қазіргі кезде, ҒС энергиясын тікелей әдіспен анықтау кезінде құрылғылардың мүмкін болатын энергия шамасы 1016эВ құрайды. Сондықтан, ҒС спекртінің аса жоғары энергиялы бөлігі жанама әдістер арқылы зерделенеді. Бұл әдіс, бастапқы бөлшектердің атмосфера қабатына кіргеннен кейінгі, олардың ауа атомының ядроларымен көпмәртелі ядролық және электромагниттік әсерлесулерінен пайда болатын екінші бөлшектерді тіркеуге негізделген [29].
жанама әдістер
тікелей әдістер
Сурет 1- Ғарыштық сәулелер спектрінің логарифмдік масштабтағы көрінісі
Галактикалық ҒС Жер бетіне анизотропты түрде жерге келеді. ГҒС-нің бір бағытта 0.04% деңгейдегіайтарлықтай аз түсуі Жер қозғылысының ГҒС-ге қарама-қарсы бағытта қозғалуымен көрсетіледі. Негізгі мәселе: анизотропия деңгейі энергия артқан сайын арта түсуі тиіс, яғни, A~Е0.3-0.5, бірақ ол энергиядан тәуелсіз. Анизотропияны өлшеу Жер бетіне орнатылған қондырғыларда орындалды, ал бұл өз кезегінде анизотропияны дәл өлшеу әсердің аз болуына байланысты және ағынды өзгертетін атмосферадағы әртүрлі эффектлердің болуына байланысты қиыншылықтар туады.Сондай-ақ, кез-келген кешен аспанның тек белгілі бөлігін ғана зерттеу үшін арнайы етіпжасалынады. Сол себепті, ғарыштық сәулелер әртүрлі көздерден дами ма? - деген сұраққа жауап алу үшін әртүрлі ядролық компоненталардың анизотропиясын есептеу керек және мұндай есептеулерді атмосферадан тыс аумақтарда, барлық аспан кеңістігін қамтитын және ұзақ уақыт бойы үздіксіз жұмыс жасауға арналған құрылғыларда орындалуы қажет. Анизотропияның энергиядан тәуелсіз болуы және аз шамада болуы, энергияның артуымен диффузия коэффициентінің біршама артуын немесе негізгі ағынды құрайтын ҒС көзінің көп болуын білдіреді [30].
1.2 Ғарыштық сәулелердің вариациясын зерттеу тәсілдері
Галактикалық ғарыштық сәулелердің вариациясын анықтаудың негізгі тәсілдерінің бірі - ғаламдық түсіру GSM (Global Survery Method) болып табылады. Бұл тәсіл Жер атмосферасы мен магнитосферасынан тыс жердегі ғарыштық сәулелер вариациясының сипаттамаларын алуға арналған бөлек детекторларда бір уақытта тіркелген ғарыштық сәулелердің жердегі бақылауларын біріктіреді. Берілген тәсілде барлық нейтронды желілербірыңғай көпканалды құрылғы ретінде қолданылады, ал әрбір канал ретінде белгілі бір конустан ақпарат алып тұратын станция тұрады, ал барлық каналдар толықтай аспан сферасын жауып тұрады. Мұндай құрылғының көпканалдығы өлшеулердің сенімділігін және үздіксіздігін қамтамасыз етіп тұрады, сондай-ақ, желінің статистикалық дәлдігі едәуірұлғаяды, ал аппаратуралық эффектілердің әсері айтарлықтай азаяды. Мысалға, бөлек нейтронды монитор (NM) статистикалық дәлдікті 0.1-0.2 %сағ қамтамасыз етсе, сол уақытта барлық желілер станциясы дәлдікті шамамен ̴ 0.1%сағ қамтамасыз етеді. Нейтронды монитордың есептеу жылдамдығы вариациясының жалпы түрін келесідей жазуға болады:
∆NN=(∆NN)жт+(∆NN)ат+(∆NN)маг+(∆NN )ап+ε, (1)
мұндағы(∆NN)жт- бірінші ретті ҒС вариациясы, яғни, гелиосферада болатын процесстерге қатысты жерден тыс шыққан; (∆NN)ат - атмофералық вариациялар, детектор үстіндгі атмосферазатымен ҒС әрекетіне байанысты; (∆NN)маг - өлшеу периодында жер магнитосферасының жағдайымен шартталған, магнитосфералық вариациялар; (∆NN)ап - аппаратурадан шығатын вариациялар, ε- кездейсоқ вариациялар. Атап айтқанда,(∆NN)жт вариациялары күн-жер байланыстары зерттеулерінде негізгі қызығушылықты тудырады, бірақ, ҒС екінші ретті компоненталарын тіркеу деректерінен оларды сенімді бөліп алу үшін,ғаламдық түсірілім тәсілін жасауға мүмкіндік беретін, атмосфералық және магнитосфералық шығулардың вариациясын есептей алуы қажет.
Ғаламдық түсірілім тәсілі галактикалық ҒС ағынының анизотропиясы мен тығыздығын (қарқындылықтың изотропты бөлігін) магнитосфера мен атмосфера шегінде әрбір сағат сайын анықтауға мүмкіндік береді. Ғаламдық тәсілді ең алғашқы және сәтті іске асыру Якутскіде [31-33,43]жасалған болатын. Іс жүзінде дәл осы уақытта жапондық зерттеушілер өз тәсілдерін ұсынды [62]. Біраз уақыттан кейін, 70-шы жылдардың басында, осы тәсілдің түрленген түрі ИЗМИРАНда [57-58]құрасытырылды және 1969ж. қазан айында бірнеше оқиғалады өңдеу үшін қолданылды, ал содан кейін барлық бақылау периодында нейтронды монитордың сағаттық деректерін өңдеуге қолданылды. ИЗМИРАНда құрастырылған GSM нұсқасының толықтай сипаттамасы келесі жұмыстарда келтірілген. Иркутск зерттеушілер тобы өзінің нұсқасын - ғаламдық-спектрографикалық әдісті құрастырып шықты [59,60,61], және ол дүниежүзінде нейтронды монитор деректерін өңдеу әдістерінің көпмақсатты және ең күрделісі болып табылады. Кейінірек бұл әдіс геомагнитті қиманың планетарлық таралу вариациясын және ғарыштық сәулелердің анизотропиясының екінші гармоникасын есептеу үшін қолданыла бастады [63,64].
Негізінде ғаламдық түсірілім әдісі сферикалық талдаудың күрделінген әдісі болып табылады, және оған: байланыс функциясы әдісі, траекториялық есептеу әдісі және, сәйкесінше, сферикалық талдау әдісінің өзі кіреді. Бірінші әдіс, байланыс функциясы әдісі, ғарыштық сәулелер вариациясын нейтронды мониторда атмосфера шегінің болжалды вариациясына көшуге мүмкіндік жасайды. Осылайша, атмосфера заты мен түрлі энергиядағы бірінші ретті және екінші ретті бөлшектердің әрекеті есептеледі [65-68,69]. Екінші құрайтын әдіс Жердің магниттік өрісіндегі бөлшектердің траекториялық есептеулері болады, себебі жер магнитосферасы келетін бөлшектерді, олардың жер маңындағы ғарыштық кеңістікте алғашқы қозғалу бағытынан ауытқытып жібереді.
Түрлі энергиядағы бөлшектер үшін траекториялық есептеулер жер шарының барлық нүктелеріне келіп түсетін, әлемдік желінің барлық станциялары үшін орындалған [70,71,72], магнитосфераның бірінші ретті ҒС әсерін қабылданған коэффициенттері арқылы [75,73,74] есептеуге мүмкіндік береді. Осылайша, бұл коэффициенттерді қолдану ҒС екінші ретті компоненталарының вариациясын бақылаудан гелиосфераның құрылымы мен динамикасының әсерін көрсететін, жерден тыс шығушы вариацияларға ауысуды мүмкін етеді.
Ғаламдық түсірілімнің үшінші бөлшегі тікелей сферикалық талдау болып табылады [м-ға, 76,77-78], нақты есептердің сфералық гармоникасын анықтауға мүмкіндік беретін, мысалы, негізсіз уақыт интервалында магнитосфераның шетінде ҒС қарқындылығының изотропты және анизотропты вариациясын анықтау.
Нәтижесінде бақылау нүктесінің орналасуына тәуелсіз ғарыштық сәулелердің атмосфера шегіндегі ғаламдық параметрлерін алуға болады. Өзіндік ғаламдық түсірілім нұсқасын қолдана отырып, ИЗМИРАН қызметкерлері барлық бақылау периодында (1957ж-дан 2015жж. дейін) нейтронды монитор деректері бойынша қатаңдығы 10 ГВ болатын ғарыштық сәулелердің орташасағаттық сипатамаларын алған болатын. Есептеулердің нәтижелері fip серверлерде және Институттың жергілікті базасында орналасқан. Келешекте осындай нәтижелермен ашық желілік деректер базасын құру болжанып отыр.
Алғашқы жылдары нейтронды мониторлармен үздіксіз тіркеу кезінде жиналған үлкен материал, мәліметтердің әлсіз жүйелі үйінділерін әсерін тудырады. Содан кейін маусымдық, тәуліктік, он бір жылдық, жартытәуліктік, 27-күндік вариация қарқыны, жер сілкінісі кезіндегівариация қарқындылығы тіркелді, күн хромосферасының шығарындыларын, амплитудасын өзгерту және жер сілкінісі кезінде тәуліктік фаза вариациясытіркелді және т. б. Өте жиі осы алынған деректер әр түрлі зерттеушілер арасында өзара қарама-қайшылықты білдірді. Егжей-тегжейлі талдау үшін қажет барлық байқалатын вариациялардың табиғатын түсіну керек болды және, ең алдымен, байқалатын вариациялардан атмосфералық шығу әсерлері ұқыпты алып тастау болды. Алайда, дәл осы жерде ұзақ уақыт бойы және бастапқыда өте шатысқан жағдайлар орын алды. Әр түрлі авторлар ұсынылған әдістер мүлдем қарама-қайшы нәтижелерді берген. Осылайша, Л.И.Дорман атмосфералық әсерлер теориясын жасамай тұрып жалғасқан, оның негізінде, есепке алу және метеорологиялық болдырмау вариация әдісі құрылған. Бұл әдіс айтарлықтай жетілдірілген [Дорман, 1972; Дорман, 2004],және қазіргі уақытта табысты пайдаланылады, әр түрлі типтіекінші ретті ҒС байланысқан көрінісін алуға мүмкіндік береді.
ҒС вариацияларын зерттеудегі екінші шешуші қадам-Жер атмосферасы мен магнитосферасынан тыс ҒС параметрлерін алуға мүмкіндік береді, яғни,негізіндепланетааралық кеңістікте бұл кіріспе байланыс функцияларын және қабылдау коэффициенттерін енгізу, [43,89] түрлі бақылау нүктелерінде Жерге келетін бөлшектерге атмосфера және магнитосфераның әсерін қарастыратыруға арналған. Бұл НМ бірыңғай көпарналы құрылғыныңбүкіл желісін пайдалануға мүмкіндік берді және ғаламдық түсірілім әдісінің көмегімен әр сағат үшін жоғары дәлдікпен (0,1...0,2 %) ҒС сипаттамаларын алуғамүмкіндік берді. Әдіс алғаш рет Якутскіде құрылып және пайдаланылды, бірақ ИЗМИРАНда 1970-шы жылдары өзіндік модификация ұсынылды, оны әлі күнге дейін пайдаланылуда [42], әрине, мерзімді жетілдірулермен берілді. Ғаламдық түсірілім әдісі үлкен жетістігі ретінде қарастыруға болады, жүйесіз деректер үйінділеріненжер магнитосфера шегінен тыс келетін ҒС параметрлерін бөлу алуға мүмкіндік береді, содан кейін оларды ғаламшараралық ортаның параметрлерімен әр түрлі корреляциясын зерттеу үшін қолданылды. Аталғандай,ҒС зерттеудің басында вариацияның бірнеше типтері табылған [87].Осы жылдары бөлімнің барлық жұмысыҒС вариациясының жекелеген типтерін зерделеуден және олардың күн және геомагнитті белсенділігі және ғаламшараралық параметрлерімен байланысынан құрылды. Осы байланыстардың әртүрлілігі меналынған нәтижелердіңкөлемі соншалықты үлкен, мұнда үтір арқылы қарапайым есептеумен шектелуге болмайды.
Сурет 2- Жерге келетін бөлшектердің (θ, φ) бағыттары және асимптотикалық (λ, ψ) бағыттарын анықтау.
Ғаламдық түсірілім әдісі - ғарыштық сәулелердің бұрыштық таралу гармоникасын анықтау үшін ең жақсы таңдау, сол себепті ол көптеген ғарыштық сәулелердегі болатын құбылыстар мен периодтар үшін әсерлі тәсіл болып табылады. Бірақ та, бұл әдіс те әмбебап емес. ҒС қарқындылығын ажырату кезінде сферикалық гармоникаларға әсер етпейтін периодтар мен құбылыстар болады. Осындай құбылыстардың ең анық және жарық мысалы - кез келген протондық ұлғаюдың басында болатын күндік ҒС бұрыштық таралулары. Галактикалық ғарыштық сәулелердің мұндай жағдайлары жиі болады, бірақ, олар сонда да кездеседі. Және олар ерекше тәсіл мен арнайы әдістемелерді қажет етеді. Гармоникаларға бөлінусіз болатын, ҒС бұрыштық таралуларын алудың тиімді тәсілдерінің бірі станцияның сақина әдісі. Ол ҒС қарқындылығының лезде (дәл, сағаттық) ұзақтық таралуын, оның модельдеуіне жетпей, алуға мүмкіндік береді. Берілген әдіс нейтронды монитор тарбағыттағы детектор болып саналмаса да, алайда, негізгі үлес жеткілікті ұзақтықтың тар жолағынан келетін бірінші ретті ҒС жылдамдық есебінен болады. Шындығында, бұл барлық нейтронды мониторлар үшін әділетті емес - ең жоғарыендікті (полярлы) және ең төменендікті үшін ұзақтық жолағы аса кең болады және осындай станциялар станцияның сақиналық әдісі үшін жарамайды[59].
Сурет 3-Нейтронды мониторлардың дүниежүзілік жүйесі. Станцияның сақиналық әдісіне сәйкес станциялар көк дөңгелектермен белгіленген.
Станцияның сақиналық әдісіне ең ыңғайлысы жеткілікті ұзақендікті, бірақ полярлы емес, станциялар болып табылады. Қабылдаушы аймақтың ұзақтығының тарлығынан олар ҒС ұзақтық анизотропиясына ең жоғары сезімталдыққа ие, ең үлкен бақыланатын тәуліктік вариациялар және ҒС векторлық анизотропиясының экваториалды құраушысы үшін ең үлкен қабылдаушы коэффициенттерінде көрсетіледі. Қуанышқа орай, мұндай станциялар дүниежүзілік жүйеде көп, басқа типті станцияларға қарағанда үлкенірек. Олар негізінен, бір солтүстік жартышарда жинақталған. Бұл ғаламдық түсірілім әдісіне айқын кемшілік, бірақ, станция сақина әдісіне айқын артықшылық болып табылады [61]. Ұзындығы бойынша станциялар біркелкі емес, бірақ жеткілікті кең орналасқан(сур.- 3 қарау).
Сурет 4-Нейтронды мониторлардың асимптоткалық ұзақтық бойынша таралуы.
ҒС вариациясын осындай станцияларда салыстыра отырып, кез келген уақыт интервалы үшін ұзақтық таралу алуға болады. Сонымен бірге, бұл таралу синусмоидаға, немесе синусоид қосындысына жақын, немесе аса күрделі пішінде бола ма, маңызды емес. Бірақ та, станцияларды таңдауда, осындай типті ҒС анизотропиясына байланысты емес, немесе, тіптен, анизотропияға байланысты емес, басқа да вариациялар ұзақтық таралуға әсер етпеу үшін және басқа да талаптарды ескеру қажет.Берілген тарауда галактикалық ҒС вариацияларын зерттеу үшін станцияның сақиналық әдісін қолдану талқыланады. Күндік ҒС үшін бұл әдіс сондай-ақ қолданылады, бірақ оны қолданудың жолдарын жекелей қарастыру қажет. Станцияның сақиналық әдісінің бірінші нұсқасында [78] тек қана нейтронды монитор қолданылды. ҒС анизотропиясының сенімді сипаттамаларын әр сағат сайын алу үшін мұның өте аз екендігі былай да түсінікті. Бүгінгі күні үлкен аудандағы бірнеше (ондаған) нейтронды мониторларды қолдануға болады. Станциялардың санын ұлғайту бұрыштық және уақыттық рұқсаттамаларды жақсартуға мүмкіндік береді. Бірақ та бұл барлық станциялар үшін әділетті емес, ал тек қана арнайы таңдап алынғандары үшін. Станцияны таңдау - станция сақиналық әдісінің нәтижесінің сапасы мен сенімділігі үшін критикалық маңызды, қажетті дайындықкезең болып табылады. Нейтронды монитордыңi жарық жылдамдығының δiвариациялық жалпы түрін былай жазуға болады:
δi=δi0+δiae+δiaz+δimag+δiatm+δiap+ε i , (2)
мұндағы δi0 - бірінші ретті ҒС изотроптық вариациясының үлесі, δiae+δiaz+δimag - тессеральдыδiae (жер экваторының жазықтығы) және зоналықδiazқұраушысына бөлінетін, бірінші ретті ҒС анизотропиясының үлесі,δimag, δiatm,δiap - магнитосфералық, атмосфералық және аппаратуралық шығулардың вариациялары жәнеεi - вариацияның кездейсоқ бөлігі. Сақина әдісі δiae (жер экваторының жазықтығында бақыланатын ҒС анизотропиясы) бөлінуіне көзделген, қалған шығарылымдары (2) ол үшін кедергі болып табылады. Дәлірек айтатын болсақ, вариацияны құрайтын түрлі ұзақтық тәуелділігі кедерге болып табылады, ал ұзақтыққа тәуелсіз вариациялар кедергі жасамайды. Осындай ұзақтыққа тәуелсіз вариация изотропты вариация δi0 болып табылады. Ол тұрақты, және өте үлкен шама да болуы мүмкін (аса маңызды Форбуш төмендеулердегі 2-3 ондаған процентте), бірақ анықтамалығы бойынша ұзақтыққа тәуелсіз болуы қажет. Шындығында мұндай тәуеліділік, егер станциялар түрлі геомагнитті қима қатаңдығқа ие болса және түрлі биіктіктерде орналасқан болса, анықталуы мүмкін. δi0шамасыгеомагнитті қима қатаңдығы Ri2 ГВ болатын жоғарыендікті станциялар үшін геомагнитті қиманың қатаңдығына әлсіз байланысты болады. Орташаендікті және төменендікті станциялар үшін δi0тәуелділігі Ri-ден күшті және δi0шамасының жақындығы өте тар диапазонда Ri болады. Бұл жағдай, сондай-ақ, геомагнитті қима қатаңдығының үлкен шамасымен Ғс станцияларының аз саны сақина әдісін төменгі- және орташаендікті нейтронды мониторлар деректері үшін қолдану негізінде мүмкін емес болады. δi0шамалары тіптен бірдей Ri станциялары үшін, егер бұл станциялар түрлі биіктіктерде орналасқан болса ұқсас болмайды, бірақ төмен деңгейлерде (терең атмосферада)тәуелділік түрлі биіктіктерде жеткілікті әлсіз болады. Осылайша, изотропты вариациялардың әсерін қарастыру, сақина әдісі теңіз деңгейінде тұрған жоғарыендікті нейтронды мониторлар үшін ғана қолдану әсерлі болатынына алып келді. Магнитосфералық ұрпақтардың δimagвариациясы [79], геомагнитті қималардың шектерінің шартталған өзгеруі изотропты вариацияларға қарағанда аз, және аса сирек пайда болады, бірақ геомагнитті ауытқулар кезінде анизотропты вариациялармен салыстырғанда анағұрлым мәнді және олардан асып түсуі мүмкін. Магнитосфералық вариациялардың көптеген шамалары орташа ендіктерде және биіктаулы станцияларда бақыланады.Олар өте биік ендіктерде елеместей аз болады. Сондықтан биікендікті нейтронды мониторларды сақина әдісінде және геомагнитті ауытқулар кезінде пайдалануға болады. Бұл әдіс үшін атмосфералық шығу тегідар вариациялары да δiatmқауіпті емес, себебі нейтронды мониторлар жарық жылдамдығының тәуелділігі атмосфералық темпертурадан аз [80], ал барометрлік эффектке түзету енгізу жеткілікті дәлдікпен болады. Атмосфералық шығу тегідардың ерекше вариациялары болса, мысалы, қар эффектісі [44], жеткілікті жиі және белгілі бір маусымдарда ғана көрінеді. Олар жекелей талдауды қажет етеді, жеке период үшін белгілі станцияның деректерін өңдеуге алып келуі мүмкін. Сондай-ақ, ол δiapаппаратуралық шығу тегі (немесе әдістемелік) вариацияларға да қатысты. Мұндай типті үлкен вариациялар станцияны таңдау кезеңінде өңделуі тиіс, ал кішкентайлары, күрделі анықталатындары, шындығында статистикалық қателікке εi қосылады. Осылайша, ҒС барлық анизотропты емес вариациялары жоғарыендікті нейтронды мониторлармен бақыланатын ҒС вариацияларының ұзақтық тәуелділігіне әлсіз әсер етеді, немесе бұл әсерді жою қиынға түспейді. Аса кедергі жасайтын фактор анизотропияны құрайтын аумақтық әсері болуы мүмкін, біріншіден, ҒС солтүстік-оңтүстік ассиметриясы. Аумақтық құраушылар күндітәуліктік вариацияның шамасымен сәйкес шамаға ие және ізделінетін ұзақтық таралуды бұрмалауы мүмкін. Бұл жағдай орындалмас үшін анизотропияның аумақтық құраушыларына жоғары сезгіштігі бар станцияларды алып тастау керек. Мұндай станциялар өте көп емес, бұл ең алдымен, сүлтүстіктіоңтүстік анизотропия (Туле, МакМѐрдо станциялары, және тағы бірнеше арктикалық және антарктикалық станциялар) үшін өте үлкен шамадағы кіріс коэффициенті C10 полярлы детекторлар болып табылады. Бұл станциялар ғаламдық түсірілім әдісі үшін өте бағалы, бірақ сақина әдісі үшін олар тек зиян келтіреді. Сондай-ақ, екі түрлі жартышардағы (солтүстік және оңтүстік) станцияларды біріктіру қажет емес. Айтылып кеткендей, станцияның сақинасы үшін тек жоғарыендікті, бірақ, полярлы және биіктаулы емес нейтронды мониторларды таңдау керек, және ең жақсысы тек бір жартышардағы (солтүстік жарты шар).Ол үшін hi биіктікті және станцияның λiгеографиялық ендігін, геомагнитті қиманың қатаңдығын Ri және стандартты қысымPi, күнді-тәуліктік үшін кірікпе коэффициенттер C11i,𝑖 және векторлық анизотропияның солтүстік-оңтүстік құраушылары үшін C10iқолдану қажет. Сақина станциясы үшін шектеулер жиынтығы келесідей болуы мүмкін:
λidλiλiu,
hihiu,
PiPid, (3)
RiRiu,
C10dC10iC10u
Шектеуші параметрлерλid, λiu, hiu, Pid, Riu, C10d , C10uзерттелінетін период және алынған деректердің шешілетін есебінен таңдап алуға болады. Шектеулер санын азайтуға болады, себебі екйбір параметрлер кейде бір- бірін қайталап отырады, мысалы биіктік hжәне атмосфералық қысымPнемесе географиялық ендікλжәне бірінші гармониканы аумақтық құраушысы үшін кіріс коэффициенті C10. Бірақ та жалпылай алғанда,барлық дүниежүзілік детекторлар жүйесінің (2) шектеулері тек қана бір бөлігін құрайды және осы детекторлар, шын мәнінде, жер шарын жеткілікті тар сақина ендігі бойынша қамтиды. Таңдап алынған станциялар үшін (1) теңдеуі оңайлатылады, онда қосындылардың үлкен бөлігін алып тастауға болады. Бұл:
δi=δ0+δiae+Ei (4)
Мұндағыδ0 - сақина бойынша оңайлатылған вариация, ал Ei - кездейсоқ құраушы, оған статистикалық қателіктен басқа, қалдық вариациялар да, егер біз алып тастаған вариациялар нөлден артық болса кіре алады. Детекторда t уақытта бақыланған вариацияның i анизотропты бөлігі δ(t)=δi+δ0бірінші реті ҒС анизотропиясына φ = φit+Δφi, мұндағыφit- анизотропты ұзақтықта шамамен жақын болады, мұндағыφit - белгіленген координталар жүйесіндегі станцияның географиялық ұзақтығы, және φitуақытқа тәуелді, алΔφi - станцияның асимптотикалық орналасуы әдетте, географиялыққа қарағанда шығысқа қарай болатын, Жер магнитосферасындағы бөлшектердің эффективті көшуі. Ұзақтыққа тәуелді φҒС анизотропиясының бөлігі Жер магнитосферасының шегінде, келесідей көрсетілуі мүмкін (бөлек нейтронды мониторларға сәйкес жеке нүктелерде) :
δ (φit+ Δφi) = (δi - δ0) C11i, (5)
мұндағы C11iбөліндісі екі функцияны атқарады: ҒС анизотропиясына нақты детекторларға тәуелді емес, сыртқа ауысу мен нормалау. Осылайша, бірінші ретті ҒС анизотропиясының ұзақтық таралуын, оның пішінін алдын ала болжамай, әрбір сағат үшін алуға болады. Бірақ та сақина әдісі өзіндік ережелері мен шектеулері бар. Нейтронды мониторлар бөлшектерді кең ұзақтық аумағынан жинайтыны мәлім, сол себепті кішкене бөліктердің шығуына сенбеу керек (5-10 градус ендіктегі). Мұндай ерекшеліктер тегістеледі, және бұл жағдайларда анизотропиялар төмендей бастайды. Жер шарына нейтронды мониторларды біркелкі емес орналастыру, әсіресе, жүниежүзілік станцияның еуропалық немесе америкалық бөлігіне сәйкес жүйесінде ұазқытылық тәуелділігі Атлантикадағы, және Тынық мұхитындағы аумақтарға қарағанда,анығырақ және сенімдірек анықталатын болатындығы анық. Сондай-ақ, Ғс анизотропияының энергетикалық спектрі C11i жәнеΔφiпараметрлерін анықтау кезінде қолданлыған спектрден өзегруі және ерекшеленуі мүмкін. Осы (және басқа да ерекшеліктер) алынған ұзақтық тәуелділігінің бұрмалануына алып келеді, шындығында, бұл бұрмаланулар станцияны дұрыс таңдауда өте үлкен болмауы мүмкін. Өте маңызды мәселе ғаламдық түсірілім әдісінен сақина әдісін негізінде ерекшелейтін өзгешеліктер болуы мүмкін: оның нәтижесін санын дәл анықтау күрделі және осы нәтижелердің сапасын басқару қиынға түседі.
Соңғы 20 жыл ішінде күн белсенділігінің (СА) алты соңғы циклінде ҒС тығыздығы қатаңдығы 10 ГВ характеристикасын сипаттайтын (сур.4), ҒС модуляциясыныңұзақ мерзімді жартыэмпирикалық моделі құрылған және үнемі жетілдірілу үстінде. Модел нейтронды мониторлар әлемдік желісінде жәнекүн белсенділігінің индекстерінде құрылған. Күн белсенділігінің негізгі пайдаланылатын параметрлерікүн желінің көзінен бетінде есептелген, күн магнит өрісінің сипаттамалары болып табылады: Күн Hpol полярлық магнит өрісінің шамасы, гелиосфералық тоқ қабатының η көлбеулігі, BSS магнит өрісініңорта қарқындылығы және т.б. ҒС-дегі транзиентті күн құбылыстарының әсер ету есебінен,күн жарқылының және корональды шығарындылардың жиілігін және қуатын ескеретін, әр түрлі индекстерін пайдалану көмегімен жүзеге асырылады. ИЗМИРАНда ұсынылған көппараметрлі модел ҒС-дің бақыланатын вариацияларын, тіпті аномальды құлдырау және минимум СА соңғы (23-ші) циклде сәйкес сипаттауға мүмкіндік берді. Гелиосфералық тоқ қабатының көлбеулігі η қашықтықта R = 3,25 Ro алынған 23-ші циклдің минимумында ҒС модуляциясының көрінісін ең жақсы түрде ұсынуғамүмкіндік береді. ҒС модуляциясына 23-цикл құлдырауында Bss, ZO және Hpol өзгерістерінен кірген үлесі, алдыңғы циклдардың тиісті кезеңдеріне қарағанда төмен. Бірақ бұл көлбеу η өзгерістерінің ұлғаюы есебінен өтеледі (басқа циклдар минимумдарымен салыстырғанда).
Сурет 5- Күн белсенділігінің 19 - 24-ші циклдеріндегі ҒС модуляциясы: модель (қара сызық) және қатаңдығы 10 ГВ ҒС вариациясын бақылау (қызыл сызық) (төменгі жағында);Hpol, η, Bss және Nscc (жоғарғы жағында) модельдерін құру кезінде пайдаланылған индекстердің модуляцияға қосқан үлесі
Ғарыштық сәулелену вариациясыныңбарлық қолда бар ақпараттары бойынша, жерүсті нейтронды мониторлар желісі және ҒС жер маңайы бақылаулар көмегімен алынған (стратосферада және жер серіктерінде) 1953-2010 жылдары үшін галактикалық ҒС (ГҒС) ұзақмерзімді вариациялар спектр параметрлері анықталған [Gushchina et al., 2003]. Сонымен қатар, басқа да тәсіл арқылы мюонды телескоптың деректерін қолдануымен 1974-2012 жж ҒС тығыздығының ұзақмерзімді спектрі алынды(Nagoya станциясы,17 түрлі бағыттардан келген бөлшектер). 23-ші циклдің минимумында (2009 ж.) жер үсті деректері бойынша ҒС ағындарының бұрынбелгіленген максималды деңгейінен,қуаты шамамен 10 ГВ болатын 5 %-ға арттырулар тіркелген, ал стратосферадағы энергиясы 100 МэВ галактикалық ҒС ағынын өлшеулер бойынша 20% - ға өсті.
Ұзақ мерзімді қатаңдығы 10 ГВ болатын ҒС қозғалысын зерттеу соңғы бес циклда СА (19-23-м) орта А10м және экстремалды мәндерін A10 көмегімен ҒСқарқындылығының мәні көрсеткендей, А10м шамасы,ҒС циклінің қуаттылық сипаттамасы бола тура, СА цикліндеайтарлықтай ерекшеленеді, олар күн белсенділігінің пайдалы индексі бола алады. А10м өзгерістері күн дақтары саны сияқты, жергілікті күн өрістерінің сипаттамаларының орташа шамаларының өзгерістерімен сәйкес келмейді.
Ғарыштық зерттеулердің ерте даму кезеңінде ғарыштық сәулелерді Жер серіктерінде және ғарыштық аппараттарда өлшеу жер бетінде өлшеулерді ауыстырады деп жиі естуге тура келетін. Бірінші ретті ҒС тура бақылау екінші компоненттерге қарағанда сенімді және ақпаратқа толы болып көрінеді. Бірақ өмір көрсеткендей, бұл олай емес. Белгілі болғандай, ҒС өлшеудің түрлі типтерібір-бірін ауыстыруы әбден мүмкін емес, бірақ, бір-бірін жақсы толықтырып отыруға қабілетті: ғарыш миссиясы неғұрлым маңызды және жалғасатындай болса, соғұрлым ол жер бетіндегі қолдауға мұқтаж, және нейтронтабысты ұшу аппаратының Ulysses деректері жиі сұранысқа ие, ол, көбінесе, қазіргі заманғы гелиосферы құрылымын және оның циклдық өзгерістерін түсінуді қамтамасыз етеді.
Гелиорадиустар мен гелиоендіктеркең диапазонында ұшып жүрген Ulysses-пен салыстырғанда, Жер, қозғалыссыз жағдайда тұрды деп айтуға болады. Сондықтан, Жер бетіндегі нейтронды мониторлармен бақыланған ҒС вариацияларыUlysses деректеріндегі кеңістіктік және уақытша вариацияларды бөлу үшін пайдаланылды [79]. Осындай жұмыстардың нәтижелерінің бірі жоғарыэнергиялы ҒС ішкі гелиосферадакүн белсенділігінің төмен (1994-1996) және жоғары (1998-2001) кезеңдерінде таралуы болып табылады (сур.-6). ҒС тығыздығы төменгі белсенділікке гелиоұзақтыққа тәуелді және Күнге дейінгі қашықтыққа байланысты емес. Ал максимумда, керісінше, ендік тәуелділігі азаяды, ал радиалды басты мақсаты болып отыр.
Сурет 6-Күн айналасында Ulysses және НМ жүйесі деректерінен алынған күн белсенділігінің энергиясы 2ГэВнуклон (а) минимум және (б) максимум үшін саналған протондардың орналасуы
Галактикалық ғарыштық сәулелердің нысаны, бағыты, шамасы және анизотропиясының энергетикалық спектрі гелиомагнитосферадағынақты құрылымдарменбайланысты, планетааралық өрістің кернеулігімен (ПӨК), сондай-ақ, күн желінің жылдамдығымен байланысты. Күн желіндегі кең кеңістікті (109...1014 см) және уақытша (103...108) диапазондағы құрылымдық ерекшеліктер және процестер Жерде бақыланатын ғарыштық сәулелердің анизотропиясында көрсетіледі және оның көмегімен зерттелуі мүмкін. Мюонды телескоптардан айырмашылығы нейтронды мониторлар келіп тіркелетін бөлшектердің келу бағыты туралы ақпарат бермейді және ҒС анизотропиясын бір монитор тікелей өлшемейді. Бірақ НМ әлемдік желісі -- бұл анизотропияны өлшеу үшін тамаша құрылғы және ҒС анизотропиясы туралы біздің біліміміздің басым бөлігі нейтронды мониторлар желісі арқылы алынған. Анизотропияны анықтау әдістемесі тәуліктік вариацияның қарапайым есептеуінен күрделі ғаламдық түсіру әдісіне дейін жол жүріп өтті,ИЗМИРАНда жасалған нұсқасықазір анизотропияның нөлдік (ҒС тығыздығы - ҒС ағынының изотропты бөлігі), бірінші ретті және екінші гармоникаларын бөлу үшін пайдаланылады [90].
Сурет 7 ≪ілінген≫ векторлық диаграмма ҒС (немесе күнді-тәуліктік анизотропия) анизотропия бірінші гармоникасының соңғы 54 жылда әрбір ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Л.Н.Гумилев атындағы Еуразия Ұлттық университеті
Бекбатыр Айғаным Ерланқызы
2016-2017жж. Күн оқиғалары
(ғылыми-педагогикалық бағыт)
Астана, 2018 ж.
МАЗМҰНЫ
КІРІСПЕ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
5
1
ҒАРЫШТЫҚ СӘУЛЕЛЕРГЕ ЖАЛПЫ ШОЛУ ... ... ... ... ... ... .
9
1.1
Галактикалық ғарыштық сәулелердің заманауи жағдайы ... ... .
9
1.2
Ғарыштық сәулелердің вариациясын зерттеу тәсілдері ... ... ... .
13
1.3
Күн жарқылдарының жалпы сипаттамасы ... ... ... ... ... ... ... ... ..
28
2
КОВЕРАСТАНА ҚОНДЫРҒЫ КЕШЕНІНДЕ ҚОЛДАНЫЛАТЫН БАҒДАРЛАМАЛАУ ... ... ... ... ... .. ... ... ...
36
2.1
Ковер қондырғысы туралымәлімет ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ...
36
2.2
Нейтронды мониторлар әлемдік желісі ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ...
39
3
ТӘЖІРИБЕЛІК ДЕРЕКТЕР ... ... ... ... ... ... .
45
3.1
Ковер(Астана) қондырғы кешенінде 2016 - 2017 жж. үшін алынған нәтижелер ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
45
ҚОРЫТЫНДЫ
55
ПАЙДАЛАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ...
57
БЕЛГІЛЕУЛЕР МЕН ҚЫСҚАРТУЛАР
ҚР
Қазақстан Республикасы
ҒФК
ғылыми-физикалық кешен
ҒС
ғарыштық сәулелер
ГҒС
галактикалық ғарыштық сәулелер
КҒС
күндік ғарыштық сәулелер
НМ
нейтронды монитор
МГД
микрогидродинамика
УФ
Ультрафиолет
IDL
Interactive Data Language
ПМӨ
планетааралық магнитті өріс
ҒАФИ
Физикалық институты Ғылым Академиясы
ЕҰУ
Еуразия Ұлттық университеті
Кіріспе
Күн белсенділігінің Жер климатына байланысы ғалымдарды төрт мыңжылдықтан аса уақыт бойы қызықтырып келеді. Күн-жер байланысы туралы тақырыптарда шыққан мақалалардың көбіне қарамастан, Күн белсенділігінің Жер климатына әсері туралы сұрақ әлі күнге дейін жауабын таба алмайды.
2015 жылдың қараша-желтоқсан айларында Париждегі БҰҰ-дың Халықаралық конференциясында шартқа қол қоюшылар атмосфераға көмірқышқыл қалдықтарын таратуды азайтуға міндетті болатын, жаңа келісім -шарт шығарылған болатын. Бірақ та, XX ғасырда жаппай климаттың жылыну себептері туралы сұрақтар талқылауда қалып отыр: ол индустриалдық белсенділікке байланысты жылыжай эффектісінен туындаған ба, әлде күн белсенділігінің өсуімен және галактикалық ғарыштық сәулелердің (ГҒС) қарқындылығының төмендеуіне байланысты табиғи факторлардың әсерінен туындады ма? Саясаттың ықыласы үшін бұл мәселенің шешімі сыртқы көздердің, соның ішінде, күн белсенділігінің өзгеруі әсерінен болатын атмосфера жағдайының және климаттың табиғи өзегру жағдайына техногенді процесстердің әсері масштабты түрде салыстыру болып отыр. Мысалы, бағалаулар бойынша [1], альбедо атмосферасының жоғарылауына әсер ететін ғарыштық факторлардың әсері, немесе оның мөлдірлігінің төмендеуі тек қана 1 %, атмосфера құрамында көміртек диоксидін екі есе көбейтуге алып келетінклиматтың жылынуын толықтыруы мүмкін.
Гелиоклиматологияның негізгі мәселелерінің бірі болып ғаламдық ауа райы мен климатқа әсер етуші Күн белсенділігінің (магнит бораны, бөлшектер ағыны және т.б.) жер бетінде белсенділік таныту энергетикасының әлсіздігі ерекшеленіп отыр. Осы болжанып отырған әрекеттің қанағаттанарлық физикалық теориясы әлі күнге дейін ұсынылмаған. Жалпы талқылауда электромагнитті сәулеленудің және зарядталған бөлшектердің газдық құрамға, төменгі атмосфераның электрлік параметрлері мен аэрозоль құрамына вариациялық модульденген әсері туралы сұрақ болып отыр. Бұл диссертациялық жұмыс осы көрсетілген бағыттағы жасалған жұмыстарды көрсетеді.
Соңғы жылдардағы күн-жер байланысы туралы тақырыптарға қызығушылыққа қарамастан, күн белсенділігінің гидрологиялық цикл элементтеріне әсері тақырыбына байланысты мәліметтердің жеткіліксіздігін атап кету керек. Шет ел және отандық зерттеулердің ішінде келесілерді атап кетуге болады: төменгі қабат бұлттар санына гелиофакторлардың әсерін бағалау [2]; бұлттықтың оптикалық тығыздығы [3]; жауын-шашынның саны [4]; қатты қуаңшылықтың қайталануы [5], мұхиттардың бетіне байланысты жылу ағынының өзгеруі [6], Каспий теңізінің деңгейі [7]. Күн белсенділігінің әсері нәтижесінде ғаламдық булану вариациясына арналған жұмыстар табылған жоқ. Осындай зерттеулердің маңыздылығы жер климатының ұзақ мерзімді болжамдылығымен практикалық құндылығымен, гидрологиялық циклге гелиоактивтілік әсерінің физикалық механизмінің болуымен ғылыми құндылығымен, ғаламдық су ауысу элементтері мен факторларын зерттеу қажеттілігімен, атмосфералалық электр, бұлттар микрофизикасы, атмосфера физикасы және климаттың ғаламдық өзгеруін математикалық модельдеу саласындағы кең классты мәселелерді шешуде эффективті модельдер мен тәсілдерді өндіру.
Берілген жұмыста ғарыштық сәулелердің екінші ретті бөлшектерінің вариациясын тәжірибе жүзінде зерттеу үшін электр өрісінің жер сипаттамалары мен жер атмосферасының метрологиялық параметрлер сипаттамаларының өзгеруі барысында Ковер(Астана) ғарыш - физикалық кешені пайдаланылады. Жер бетінен 358м биіктікте және геомагниттік кесу қатаңдығы Rc~2,5 ГэВ \ болатын, ЕҰУ (Қазақстан) және ҒАФИарасындағы халықаралық серіктестік келісім шарты аясында Ковер(Астана)) детекторы П.Н.Лебедев атындағы физикалық институт Академия ғылым ордасында құрастырылған [8-11]. Бұл кешен екінші ретті сәулелердің энергетикалық спектрін, ғарыштық сәулелердің қарқындылық өзгерісін, Күндегі жарқылдарды тіркеуге арналған.
Жұмыстың өзектілігі
Гелиосферада болып жатқан кез келген оқиғаларды іс жүзінде көрсету қабілеті галактикалық ғарыштық сәулелер вариациясын планетааралық ортада болып жатқан күн белсенділігі және процесстерді зерттеу үшін ерекше құрылғы етеді. Ғарыштық сәулелер анизотропиясында гелиосфералық оқиғалар ғарыштық сәулелер тығыздығындағыға қарағанда неғұрлым анық және егжей-тегжейлі болып шығады. Ғарыштық сәулелер анизотропиясындағы өзгерістер негізінде, планетаралық ауытқуларда көрінеді, бірақ осы өзгерістердегі болып жатқан ақпараттарды түсіндіре білу қажет. Бұл келесідей қатысы бар мәселелерді шешу кезінде көмек тигізуі мүмкін: Күндегі күрделі көріністің себебінен қиынға түсетін жерлерде көздің типін анықтау (салмақты корональды шығару, немесе корональды тесіктердегі жоғары жылдамдықты плазма ағыны),Күндегі ауытқу көзінің орналасуын анықтау (мысалы, батыс, шығыс немесе орталық оқиғалар) және т.б.ғарыштық сәулелер анизотропиясы туралы ақпараттар сондай-ақ, магнитосфераның Жерге (магнитті дауылдардың шамасын анықтау және т.б.) түрлі күндік және гелиосфералық оқиғаларын әсерін болжауға мүмкіндік береді.
Жұмыстың мақсаты
Жерүсті электрлік өрістің (Ezкомпоненталар) және тіркелетін бөлшектердің энергиясының өзгеруіне байланысты, құрылғы үстінен зарядталған бөлшектердің өтуі кезінде стандартты нейтронды мониторда тіркелген, ғарыштық сәулелердің нейтрондық компоненталарының қарқындылық вариациясын зерттеу болып табылады.Мақсатқа жету үшін келесі мәселелер қойылып және шешімі табылды: гидрологиялық цикл мен күн белсенділігінің көпжылдық параметрлерімен мәліметтер базасы анықталды; спутниктік өлшеулер және онда жүктелген мәліметтердің дәлдігін анықтау
Зерттеу нысаны: галактикалық ғарыштық сәулелер.
Жұмыстың ғылыми жаңалығы:
Эксперименттік материалда сағаттық деректері бойынша галактикалық ғарыштық сәулелер анизотропиясының негізгі қасиеттері анықталды.
2016 жылдан бастап 2017 жылға дейін ғарыштық сәулелер анизотропиясының вариациясы алынды.
Ғарыштық сәулелердің вариациясы Күндегі жарқылдардың және басқа да болып жатқан құбылыстардың әсерінен болатыны, және осы әсердің себебінен фазасы өзгеретіні анықталды. Сондай-ақ, планетааралық магнитті өрістің кернеулігінің жоғары болғандығынан және күн желінің өзгергіштігі себебінен ғарыштық сәулелердің амплитудасы ұлғаятындығы анықталды.
Ғарыштық сәулелер анзитропия амплитудасы тыныш кезеңдердегіден қарағанда соқтықпа толқындар келген уақытта біршама ұлғаятындығы көрсетілді.
Жұмыстың ғылыми және практикалық маңыздылығы
Жерүсті электрлік өрістің (Ezкомпоненталар) және тіркелетін бөлшектердің энергиясының өзгеруіне байланысты, құрылғы үстінен зарядталған бөлшектердің өтуі кезінде стандартты нейтронды мониторда тіркелген, ғарыштық сәулелердің нейтрондық компоненталарының қарқындылық вариациясын зерттеу.
Ғарыштық сәуелердің екінші ретті бөлшектерінің вариациясын тәжірибе жүзінде зерттеу үшін электр өрісінің жер сипаттамалары мен жер атмосферасының метрологиялық параметрлер сипаттамаларының өзгеруін анықтау.
Магистратура оқу жылында диссертациялық жұмыс тақырыбыма байланысты 2 мақала жарық көрді:
Морзабаев А.К., Бекбатыр А.Е. Ковер детекторында 2018ж қаңтар айы үшін ғарыштық сәулелер вариациясын зерттеу XIIМеждународная конференция Наука и образование - 2018, Астана, 2018.
Морзабаев А.К, Гиниятова Ш.Г., Сахабаева С.М., Бекбатыр А.Е., Алимханова К.А Рачет барометрического коэффициента по данным детектора CARPET XIIIМеждународная конференция Наука и образование - 2017, Астана, 2017. - С.551-552.
Диссертацияның құрылымы және мазмұны. Диссертация кіріспеден, 3 тараудан, қорытындыдан, пайдаланылған әдебиеттер тізімінен тұрады. Оның көлемі 60 беттен тұрады, оның ішіне әдебиеттер тізімі, 31 суреттен және 2 кестеден тұрады. Кіріспеде диссертациялық жұмыстың өзектілігі жайлы айтылған, зерттеудің мақсаты тұжырымдалған, ғылыми жаңалығы дәлелденді, ғылыми-практикалық мәнділігі және алынған нәтижелердің дәлдігі көрсетілді, сондай-ақ, жұмыстың құрылымы қысқаша айтылып кетті.
Бірінші бөлімінде, ғарыштық сәулелердің анизотропиялық жағдайының заманауи жағдайы көрсетілген. Галактикалық ғарыштық сәулелердің негізгі әдіс-тәсілдері және зерттеу түрлері жайлы айтылған. Сондай-ақ, ғарыштық сәулелердің векторлық анизотропиясының жалпы құрылымы қарастырылады.
Екінші бөлімінде, Ковер(Астана) қондырғы кешенінің құрылымы, қолдану жолдары, және де осы құрылғымен байланысты нейтронды мониторда алынатын деректер жайлы түсініктерді қамтиды. Сондай-ақ, IDL бағдарламалау тілі туралы қысқаша мәліметтер көрсетілді. Үшінші бөлімінде, осы қондырғы да алынған тәжірибелік деректер, алынған графиктер көрсетілді. Сондай-ақ, әр түрлі биіктікте және әр қалада орналасқан нейтронды мониторлардан алынған мәліметтердің салыстырмалары келтірілді.
Қорытындыда негізгі нәтижелер мен диссертациялық жұмыстың қорытындылары айтылып кетті.
Пайдаланылған әдебиеттер тізімі.
1 ҒАРЫШТЫҚ СӘУЛЕЛЕРГЕ ЖАЛПЫ ШОЛУ
1.1Галактикалық ғарыштық сәулелердің заманауи жағдайы
Галактикалық ғарыштық сәулелердің (ҒС) Жерге барлық жағынан изотропты түседі. Бірақ та ҒС бұрыштық таралуындағы біршама біртексіздік тұрақты болып келеді. Дәлел ретінде Ғс жерүсті детекторлардың кез келгеніндегі есеп жылдамдығын қарастыруға болады. Есеп жылдамдығы вариациясында ҒС анизотропиясының болуы мен Жермен бірге детектордың айналуы болып табылатын, бір тәуліктегі периодты толқын көзге түседі. Қандай да бір есептеулерсіз ҒС вариациясын қарапайым бақылаудан анизотропияның бар екндігін ғана емес, сондай-ақ, оның негізгі құрылымын анықтауға болады. ҒС вариациясында тәуліктік толқын ерешелентін болғандықтан, бұл галактикалық ғарыштық сәулелердің анизотропиялық ағынының негізгі бөлігі вектормен немесе бірінші сфералық гармоникамен көрсетлуі мүмкін. Бұл гармониканың амплитудасы үлкен емес, негізінде 0,5% шамасында, бірақ 0-ге дейін азайып және 2% дейін өсуі мүмкін.
Жердің өз осінен айналу барысында пайда болатын, ҒС таралу бұрышының біртексізділік бөлігін күндік-тәуліктік анизотропия деп атайды. Ол өткен ғасырдың 30-шы жылдарында ҒС жиі бақылаулар жүргізіле бастағаннан кейін анықталған болатын. 80жылдан аса ҒС анизотропиясын зерттеулеріне өте көп жұмыстар жазылды (мысалға қарау кер., [34-42]). ҒС анизотропиясына деген үлкен назар анизотропияның күн белсенділігі негізгі құбылыстарына,негізгі күн циклдерінен бастап (11-жылдық және 22-жылдық) және күн желі мен планетааралық магнитті өріс параметрлерінің қысқа периодты флуктуацияларымен аяқтай отырып, деген таза әсер ететіндігіне байланысты. ҒС анизотропиясына қатысты жұмыстардың көптеген бөлігі оның бөлінуінің жеңілділігі септігін тигізді. Бірақ бұл жеңілдік күндік-тәуліктік анизотропияның бәсең периодтармен салыстырғанда ортатәуліктік сипаттамаларын алуға ғана қатысты. Ауытқу кезінде ортатәуліктік сипаттамалар пайдасы аз, ал қысқа периодтарда анизотропияның бөлінуі (мысалы, әр сағат сайын) - бұл арнайы амал мен тәсілдерді қажетететін өте қиын мәселе болып табылады.
Өзгерістерге қарамастан, күнді желде ҒС анизотропиясын тудыратын, әрдайым жұмыс істеп тұратын механизмді болжайтын,күндік-тәуліктік вариацияның амплитудасы мен фазасы жеткілікті тұрақты. Күнді-тәуліктік вариацияның түрлі механизмадері ұсынылған болатын. Қазіргі кезде, ҒС векторлы анизотропия бағыты мен шамасы Крымский ұсынған [26-28] конвективті-диффузиялық модельмен жақсы сипатталғаны мақұлданған. Бұл құбылыстың мәні ғарыштық сәулелердің таралу бұрышының анизотропиясының құрылуы күндік желдің өзгеру әрекетінен, ал анизотропияның бағыты планетааралық магнитті өрістің әсерінен болғандығы көрсетілген.
Ғарыштық сәулелер қарқындылығының өзгеруін зерттеу ғарыштық сәулелер физикасының ерекше бөлімін қарастырады. Оған өзіндік мағына сирек жазылатын. Бірнеше рет физиканың аса кең өрісінде, кенеттен қандай да бір жалпы физикалық қызықты нәтижелер шыға бастағанда орын алған болатын. Осылай 1926ж. Мысовский мен Тувим барометрлік эффект - атмосфера қысымының ұлғаюы кезінде Жер бетіндегі ғарыштық сәулелердің қарқындылығының азаюын анықтағанда болған болуы керек. Мұндай азаю атмосферада ғарыштық сәулелерді жұту дерегін дәлелдейді, және сәйкесінше, ғарыштық сәулелердегі жылдам бөлшектердің құрамын зерттеудің жаңа мүмкіндеіктері пайда болды.
Содан кейін температуралық эффект анықталған болатын. 1938 ж. Блэккет оған керемет түсініктеме берді. Бұл мезон ыдырауы енді ашылып жатқан жылдар болатын, бірақ, оны дәлелдейтін мен өмір сүру уақытын анықтайтын тәжірибелер әлі де сенімді емес еді. Бәріне мәлім, Блэккет мезондардың, егер олар тұрақсыз болса, ауаның белгілі бір масса бірінші ретті компонеталарының өтуі кезінде атмосфераның жоғарғы қабаттарында туындауы керектігіне назар аударды. Сондықтан атмосфераның қызуы және сәйкесінше кеңеюі кезінде (мысалға, қыстан жазға дейін) мезондар генерациясы деңгейінің биіктігі өсуі керек, жолы Жерге дейін, және ыдырауы - жоғарылауы және қарқындылығы - төмендеуі қажет. Оны бағалау жүргізілген тәжірибелермен сәйкес келді, алайда, нәтижесінде түннен күндізге дейін өзгерулер мерзімдікке қарағанда азырақ - теріс белгіге ие. Ол жылдары бөлшектерді тіркеу дәлдігі анық емес еді, 2-3 есеге дейінгі ауытқуларды шын мәнінде қабылдау мүмкін емес еді. Ғарыштық сәулелердің температуралық вариацияларын зерттеу мезондардың өмір сүру уақытын анықтауға мүмкіндік берді. Негізінде, енді оны μ-мезондар деп аталатын, атмсофералық мезондар, ядролық күштер мен Юкава теориясы бойынша β-ыдырауды түсіндіру үшін қажет ядролық мезондар емес екендігін көрсетті.
Осымен вариацияны зерттеуге мүмкіндік берген ғарыштық сәулелер мен элементар бөлшектер физикасы үшін түсінік тамамдалды[84].
Кесте - 1
Ғарыштық сәулелер вариацияларының түрі
Вариация түрі
Теңіз деңгейіндегі қаты компонента
Теңіз немесе тау деңгейіндегі нейтрондар
Үлкен биіктіктегі иондалаған компонента
60 м су тереңдігіндегі қатты компонента
1
2
3
4
5
Маусымдық
24
-
-
-
Тәуліктік (жерден тыс өтулердегі жасырын эффект)
≈0,15
-
-
-
11-жылдық
≈2
-
-
-
Кесте 1 жалғасы:
Жылдық
0,51
-
-
-
27-күндік
≈0,3
≈1
-
-
Тәуліктік
≈0,3
≈0,6
≲12
≈0,05
Жарты тәуліктік
≈0,03
-
-
≲0,02
Магнитті дауылдар кезіндегі кемулер
≲10
-
≈20
0,5
Үлкен күнжарқылдары кезіндегі ұлғаюлар
1040
≈550
-
0,5
Аз күн жарқылдары кезіндегі ұлғаюлар
≈0,3
≈0,6
≲10
-
Жұлдызды-тәуліктік
≲0,02
-
-
0,02
Галактикалық ҒС зерттеу барысында ғалымдар негізінен, екі негізгі әдістемелік қиыншылықтарға жолығады:
1. Жердің бетіне, тіпті, ең биік таулардың шыңына Галактикалық ҒС-дің алғашқы ағыны толық түспейді: атмосфераның жоғары тығыз қабаттарына енген кезде бөлшектердің ауа атомының ядроларымен бірнеше мәрте әсерлесуі жүреді. Сол себепті, ГҒС тікелей әдістермен зерттеу атмосферадан тыс аймақтарда, ғарыштық құрылғылардың немесе биік аэростаттардың көмегімен жүргізіледі.
2. ҒС қарқындылығы шарт бойынша энергиясыЕ~31016 эВ шамаға дейін I~Е-2.7, ал, осы энергия шамасы кейінI~Е-3.1 ұлғайғанда, күрт төмендейді. Сол себепті, жоғары энергиялы бөлшектерді зерттеу кезінде құрылғыларды атмосферадан тыс аумақта ұзақ уақыт ұстап тұру қажет болады. Қазіргі кезде, ҒС энергиясын тікелей әдіспен анықтау кезінде құрылғылардың мүмкін болатын энергия шамасы 1016эВ құрайды. Сондықтан, ҒС спекртінің аса жоғары энергиялы бөлігі жанама әдістер арқылы зерделенеді. Бұл әдіс, бастапқы бөлшектердің атмосфера қабатына кіргеннен кейінгі, олардың ауа атомының ядроларымен көпмәртелі ядролық және электромагниттік әсерлесулерінен пайда болатын екінші бөлшектерді тіркеуге негізделген [29].
жанама әдістер
тікелей әдістер
Сурет 1- Ғарыштық сәулелер спектрінің логарифмдік масштабтағы көрінісі
Галактикалық ҒС Жер бетіне анизотропты түрде жерге келеді. ГҒС-нің бір бағытта 0.04% деңгейдегіайтарлықтай аз түсуі Жер қозғылысының ГҒС-ге қарама-қарсы бағытта қозғалуымен көрсетіледі. Негізгі мәселе: анизотропия деңгейі энергия артқан сайын арта түсуі тиіс, яғни, A~Е0.3-0.5, бірақ ол энергиядан тәуелсіз. Анизотропияны өлшеу Жер бетіне орнатылған қондырғыларда орындалды, ал бұл өз кезегінде анизотропияны дәл өлшеу әсердің аз болуына байланысты және ағынды өзгертетін атмосферадағы әртүрлі эффектлердің болуына байланысты қиыншылықтар туады.Сондай-ақ, кез-келген кешен аспанның тек белгілі бөлігін ғана зерттеу үшін арнайы етіпжасалынады. Сол себепті, ғарыштық сәулелер әртүрлі көздерден дами ма? - деген сұраққа жауап алу үшін әртүрлі ядролық компоненталардың анизотропиясын есептеу керек және мұндай есептеулерді атмосферадан тыс аумақтарда, барлық аспан кеңістігін қамтитын және ұзақ уақыт бойы үздіксіз жұмыс жасауға арналған құрылғыларда орындалуы қажет. Анизотропияның энергиядан тәуелсіз болуы және аз шамада болуы, энергияның артуымен диффузия коэффициентінің біршама артуын немесе негізгі ағынды құрайтын ҒС көзінің көп болуын білдіреді [30].
1.2 Ғарыштық сәулелердің вариациясын зерттеу тәсілдері
Галактикалық ғарыштық сәулелердің вариациясын анықтаудың негізгі тәсілдерінің бірі - ғаламдық түсіру GSM (Global Survery Method) болып табылады. Бұл тәсіл Жер атмосферасы мен магнитосферасынан тыс жердегі ғарыштық сәулелер вариациясының сипаттамаларын алуға арналған бөлек детекторларда бір уақытта тіркелген ғарыштық сәулелердің жердегі бақылауларын біріктіреді. Берілген тәсілде барлық нейтронды желілербірыңғай көпканалды құрылғы ретінде қолданылады, ал әрбір канал ретінде белгілі бір конустан ақпарат алып тұратын станция тұрады, ал барлық каналдар толықтай аспан сферасын жауып тұрады. Мұндай құрылғының көпканалдығы өлшеулердің сенімділігін және үздіксіздігін қамтамасыз етіп тұрады, сондай-ақ, желінің статистикалық дәлдігі едәуірұлғаяды, ал аппаратуралық эффектілердің әсері айтарлықтай азаяды. Мысалға, бөлек нейтронды монитор (NM) статистикалық дәлдікті 0.1-0.2 %сағ қамтамасыз етсе, сол уақытта барлық желілер станциясы дәлдікті шамамен ̴ 0.1%сағ қамтамасыз етеді. Нейтронды монитордың есептеу жылдамдығы вариациясының жалпы түрін келесідей жазуға болады:
∆NN=(∆NN)жт+(∆NN)ат+(∆NN)маг+(∆NN )ап+ε, (1)
мұндағы(∆NN)жт- бірінші ретті ҒС вариациясы, яғни, гелиосферада болатын процесстерге қатысты жерден тыс шыққан; (∆NN)ат - атмофералық вариациялар, детектор үстіндгі атмосферазатымен ҒС әрекетіне байанысты; (∆NN)маг - өлшеу периодында жер магнитосферасының жағдайымен шартталған, магнитосфералық вариациялар; (∆NN)ап - аппаратурадан шығатын вариациялар, ε- кездейсоқ вариациялар. Атап айтқанда,(∆NN)жт вариациялары күн-жер байланыстары зерттеулерінде негізгі қызығушылықты тудырады, бірақ, ҒС екінші ретті компоненталарын тіркеу деректерінен оларды сенімді бөліп алу үшін,ғаламдық түсірілім тәсілін жасауға мүмкіндік беретін, атмосфералық және магнитосфералық шығулардың вариациясын есептей алуы қажет.
Ғаламдық түсірілім тәсілі галактикалық ҒС ағынының анизотропиясы мен тығыздығын (қарқындылықтың изотропты бөлігін) магнитосфера мен атмосфера шегінде әрбір сағат сайын анықтауға мүмкіндік береді. Ғаламдық тәсілді ең алғашқы және сәтті іске асыру Якутскіде [31-33,43]жасалған болатын. Іс жүзінде дәл осы уақытта жапондық зерттеушілер өз тәсілдерін ұсынды [62]. Біраз уақыттан кейін, 70-шы жылдардың басында, осы тәсілдің түрленген түрі ИЗМИРАНда [57-58]құрасытырылды және 1969ж. қазан айында бірнеше оқиғалады өңдеу үшін қолданылды, ал содан кейін барлық бақылау периодында нейтронды монитордың сағаттық деректерін өңдеуге қолданылды. ИЗМИРАНда құрастырылған GSM нұсқасының толықтай сипаттамасы келесі жұмыстарда келтірілген. Иркутск зерттеушілер тобы өзінің нұсқасын - ғаламдық-спектрографикалық әдісті құрастырып шықты [59,60,61], және ол дүниежүзінде нейтронды монитор деректерін өңдеу әдістерінің көпмақсатты және ең күрделісі болып табылады. Кейінірек бұл әдіс геомагнитті қиманың планетарлық таралу вариациясын және ғарыштық сәулелердің анизотропиясының екінші гармоникасын есептеу үшін қолданыла бастады [63,64].
Негізінде ғаламдық түсірілім әдісі сферикалық талдаудың күрделінген әдісі болып табылады, және оған: байланыс функциясы әдісі, траекториялық есептеу әдісі және, сәйкесінше, сферикалық талдау әдісінің өзі кіреді. Бірінші әдіс, байланыс функциясы әдісі, ғарыштық сәулелер вариациясын нейтронды мониторда атмосфера шегінің болжалды вариациясына көшуге мүмкіндік жасайды. Осылайша, атмосфера заты мен түрлі энергиядағы бірінші ретті және екінші ретті бөлшектердің әрекеті есептеледі [65-68,69]. Екінші құрайтын әдіс Жердің магниттік өрісіндегі бөлшектердің траекториялық есептеулері болады, себебі жер магнитосферасы келетін бөлшектерді, олардың жер маңындағы ғарыштық кеңістікте алғашқы қозғалу бағытынан ауытқытып жібереді.
Түрлі энергиядағы бөлшектер үшін траекториялық есептеулер жер шарының барлық нүктелеріне келіп түсетін, әлемдік желінің барлық станциялары үшін орындалған [70,71,72], магнитосфераның бірінші ретті ҒС әсерін қабылданған коэффициенттері арқылы [75,73,74] есептеуге мүмкіндік береді. Осылайша, бұл коэффициенттерді қолдану ҒС екінші ретті компоненталарының вариациясын бақылаудан гелиосфераның құрылымы мен динамикасының әсерін көрсететін, жерден тыс шығушы вариацияларға ауысуды мүмкін етеді.
Ғаламдық түсірілімнің үшінші бөлшегі тікелей сферикалық талдау болып табылады [м-ға, 76,77-78], нақты есептердің сфералық гармоникасын анықтауға мүмкіндік беретін, мысалы, негізсіз уақыт интервалында магнитосфераның шетінде ҒС қарқындылығының изотропты және анизотропты вариациясын анықтау.
Нәтижесінде бақылау нүктесінің орналасуына тәуелсіз ғарыштық сәулелердің атмосфера шегіндегі ғаламдық параметрлерін алуға болады. Өзіндік ғаламдық түсірілім нұсқасын қолдана отырып, ИЗМИРАН қызметкерлері барлық бақылау периодында (1957ж-дан 2015жж. дейін) нейтронды монитор деректері бойынша қатаңдығы 10 ГВ болатын ғарыштық сәулелердің орташасағаттық сипатамаларын алған болатын. Есептеулердің нәтижелері fip серверлерде және Институттың жергілікті базасында орналасқан. Келешекте осындай нәтижелермен ашық желілік деректер базасын құру болжанып отыр.
Алғашқы жылдары нейтронды мониторлармен үздіксіз тіркеу кезінде жиналған үлкен материал, мәліметтердің әлсіз жүйелі үйінділерін әсерін тудырады. Содан кейін маусымдық, тәуліктік, он бір жылдық, жартытәуліктік, 27-күндік вариация қарқыны, жер сілкінісі кезіндегівариация қарқындылығы тіркелді, күн хромосферасының шығарындыларын, амплитудасын өзгерту және жер сілкінісі кезінде тәуліктік фаза вариациясытіркелді және т. б. Өте жиі осы алынған деректер әр түрлі зерттеушілер арасында өзара қарама-қайшылықты білдірді. Егжей-тегжейлі талдау үшін қажет барлық байқалатын вариациялардың табиғатын түсіну керек болды және, ең алдымен, байқалатын вариациялардан атмосфералық шығу әсерлері ұқыпты алып тастау болды. Алайда, дәл осы жерде ұзақ уақыт бойы және бастапқыда өте шатысқан жағдайлар орын алды. Әр түрлі авторлар ұсынылған әдістер мүлдем қарама-қайшы нәтижелерді берген. Осылайша, Л.И.Дорман атмосфералық әсерлер теориясын жасамай тұрып жалғасқан, оның негізінде, есепке алу және метеорологиялық болдырмау вариация әдісі құрылған. Бұл әдіс айтарлықтай жетілдірілген [Дорман, 1972; Дорман, 2004],және қазіргі уақытта табысты пайдаланылады, әр түрлі типтіекінші ретті ҒС байланысқан көрінісін алуға мүмкіндік береді.
ҒС вариацияларын зерттеудегі екінші шешуші қадам-Жер атмосферасы мен магнитосферасынан тыс ҒС параметрлерін алуға мүмкіндік береді, яғни,негізіндепланетааралық кеңістікте бұл кіріспе байланыс функцияларын және қабылдау коэффициенттерін енгізу, [43,89] түрлі бақылау нүктелерінде Жерге келетін бөлшектерге атмосфера және магнитосфераның әсерін қарастыратыруға арналған. Бұл НМ бірыңғай көпарналы құрылғыныңбүкіл желісін пайдалануға мүмкіндік берді және ғаламдық түсірілім әдісінің көмегімен әр сағат үшін жоғары дәлдікпен (0,1...0,2 %) ҒС сипаттамаларын алуғамүмкіндік берді. Әдіс алғаш рет Якутскіде құрылып және пайдаланылды, бірақ ИЗМИРАНда 1970-шы жылдары өзіндік модификация ұсынылды, оны әлі күнге дейін пайдаланылуда [42], әрине, мерзімді жетілдірулермен берілді. Ғаламдық түсірілім әдісі үлкен жетістігі ретінде қарастыруға болады, жүйесіз деректер үйінділеріненжер магнитосфера шегінен тыс келетін ҒС параметрлерін бөлу алуға мүмкіндік береді, содан кейін оларды ғаламшараралық ортаның параметрлерімен әр түрлі корреляциясын зерттеу үшін қолданылды. Аталғандай,ҒС зерттеудің басында вариацияның бірнеше типтері табылған [87].Осы жылдары бөлімнің барлық жұмысыҒС вариациясының жекелеген типтерін зерделеуден және олардың күн және геомагнитті белсенділігі және ғаламшараралық параметрлерімен байланысынан құрылды. Осы байланыстардың әртүрлілігі меналынған нәтижелердіңкөлемі соншалықты үлкен, мұнда үтір арқылы қарапайым есептеумен шектелуге болмайды.
Сурет 2- Жерге келетін бөлшектердің (θ, φ) бағыттары және асимптотикалық (λ, ψ) бағыттарын анықтау.
Ғаламдық түсірілім әдісі - ғарыштық сәулелердің бұрыштық таралу гармоникасын анықтау үшін ең жақсы таңдау, сол себепті ол көптеген ғарыштық сәулелердегі болатын құбылыстар мен периодтар үшін әсерлі тәсіл болып табылады. Бірақ та, бұл әдіс те әмбебап емес. ҒС қарқындылығын ажырату кезінде сферикалық гармоникаларға әсер етпейтін периодтар мен құбылыстар болады. Осындай құбылыстардың ең анық және жарық мысалы - кез келген протондық ұлғаюдың басында болатын күндік ҒС бұрыштық таралулары. Галактикалық ғарыштық сәулелердің мұндай жағдайлары жиі болады, бірақ, олар сонда да кездеседі. Және олар ерекше тәсіл мен арнайы әдістемелерді қажет етеді. Гармоникаларға бөлінусіз болатын, ҒС бұрыштық таралуларын алудың тиімді тәсілдерінің бірі станцияның сақина әдісі. Ол ҒС қарқындылығының лезде (дәл, сағаттық) ұзақтық таралуын, оның модельдеуіне жетпей, алуға мүмкіндік береді. Берілген әдіс нейтронды монитор тарбағыттағы детектор болып саналмаса да, алайда, негізгі үлес жеткілікті ұзақтықтың тар жолағынан келетін бірінші ретті ҒС жылдамдық есебінен болады. Шындығында, бұл барлық нейтронды мониторлар үшін әділетті емес - ең жоғарыендікті (полярлы) және ең төменендікті үшін ұзақтық жолағы аса кең болады және осындай станциялар станцияның сақиналық әдісі үшін жарамайды[59].
Сурет 3-Нейтронды мониторлардың дүниежүзілік жүйесі. Станцияның сақиналық әдісіне сәйкес станциялар көк дөңгелектермен белгіленген.
Станцияның сақиналық әдісіне ең ыңғайлысы жеткілікті ұзақендікті, бірақ полярлы емес, станциялар болып табылады. Қабылдаушы аймақтың ұзақтығының тарлығынан олар ҒС ұзақтық анизотропиясына ең жоғары сезімталдыққа ие, ең үлкен бақыланатын тәуліктік вариациялар және ҒС векторлық анизотропиясының экваториалды құраушысы үшін ең үлкен қабылдаушы коэффициенттерінде көрсетіледі. Қуанышқа орай, мұндай станциялар дүниежүзілік жүйеде көп, басқа типті станцияларға қарағанда үлкенірек. Олар негізінен, бір солтүстік жартышарда жинақталған. Бұл ғаламдық түсірілім әдісіне айқын кемшілік, бірақ, станция сақина әдісіне айқын артықшылық болып табылады [61]. Ұзындығы бойынша станциялар біркелкі емес, бірақ жеткілікті кең орналасқан(сур.- 3 қарау).
Сурет 4-Нейтронды мониторлардың асимптоткалық ұзақтық бойынша таралуы.
ҒС вариациясын осындай станцияларда салыстыра отырып, кез келген уақыт интервалы үшін ұзақтық таралу алуға болады. Сонымен бірге, бұл таралу синусмоидаға, немесе синусоид қосындысына жақын, немесе аса күрделі пішінде бола ма, маңызды емес. Бірақ та, станцияларды таңдауда, осындай типті ҒС анизотропиясына байланысты емес, немесе, тіптен, анизотропияға байланысты емес, басқа да вариациялар ұзақтық таралуға әсер етпеу үшін және басқа да талаптарды ескеру қажет.Берілген тарауда галактикалық ҒС вариацияларын зерттеу үшін станцияның сақиналық әдісін қолдану талқыланады. Күндік ҒС үшін бұл әдіс сондай-ақ қолданылады, бірақ оны қолданудың жолдарын жекелей қарастыру қажет. Станцияның сақиналық әдісінің бірінші нұсқасында [78] тек қана нейтронды монитор қолданылды. ҒС анизотропиясының сенімді сипаттамаларын әр сағат сайын алу үшін мұның өте аз екендігі былай да түсінікті. Бүгінгі күні үлкен аудандағы бірнеше (ондаған) нейтронды мониторларды қолдануға болады. Станциялардың санын ұлғайту бұрыштық және уақыттық рұқсаттамаларды жақсартуға мүмкіндік береді. Бірақ та бұл барлық станциялар үшін әділетті емес, ал тек қана арнайы таңдап алынғандары үшін. Станцияны таңдау - станция сақиналық әдісінің нәтижесінің сапасы мен сенімділігі үшін критикалық маңызды, қажетті дайындықкезең болып табылады. Нейтронды монитордыңi жарық жылдамдығының δiвариациялық жалпы түрін былай жазуға болады:
δi=δi0+δiae+δiaz+δimag+δiatm+δiap+ε i , (2)
мұндағы δi0 - бірінші ретті ҒС изотроптық вариациясының үлесі, δiae+δiaz+δimag - тессеральдыδiae (жер экваторының жазықтығы) және зоналықδiazқұраушысына бөлінетін, бірінші ретті ҒС анизотропиясының үлесі,δimag, δiatm,δiap - магнитосфералық, атмосфералық және аппаратуралық шығулардың вариациялары жәнеεi - вариацияның кездейсоқ бөлігі. Сақина әдісі δiae (жер экваторының жазықтығында бақыланатын ҒС анизотропиясы) бөлінуіне көзделген, қалған шығарылымдары (2) ол үшін кедергі болып табылады. Дәлірек айтатын болсақ, вариацияны құрайтын түрлі ұзақтық тәуелділігі кедерге болып табылады, ал ұзақтыққа тәуелсіз вариациялар кедергі жасамайды. Осындай ұзақтыққа тәуелсіз вариация изотропты вариация δi0 болып табылады. Ол тұрақты, және өте үлкен шама да болуы мүмкін (аса маңызды Форбуш төмендеулердегі 2-3 ондаған процентте), бірақ анықтамалығы бойынша ұзақтыққа тәуелсіз болуы қажет. Шындығында мұндай тәуеліділік, егер станциялар түрлі геомагнитті қима қатаңдығқа ие болса және түрлі биіктіктерде орналасқан болса, анықталуы мүмкін. δi0шамасыгеомагнитті қима қатаңдығы Ri2 ГВ болатын жоғарыендікті станциялар үшін геомагнитті қиманың қатаңдығына әлсіз байланысты болады. Орташаендікті және төменендікті станциялар үшін δi0тәуелділігі Ri-ден күшті және δi0шамасының жақындығы өте тар диапазонда Ri болады. Бұл жағдай, сондай-ақ, геомагнитті қима қатаңдығының үлкен шамасымен Ғс станцияларының аз саны сақина әдісін төменгі- және орташаендікті нейтронды мониторлар деректері үшін қолдану негізінде мүмкін емес болады. δi0шамалары тіптен бірдей Ri станциялары үшін, егер бұл станциялар түрлі биіктіктерде орналасқан болса ұқсас болмайды, бірақ төмен деңгейлерде (терең атмосферада)тәуелділік түрлі биіктіктерде жеткілікті әлсіз болады. Осылайша, изотропты вариациялардың әсерін қарастыру, сақина әдісі теңіз деңгейінде тұрған жоғарыендікті нейтронды мониторлар үшін ғана қолдану әсерлі болатынына алып келді. Магнитосфералық ұрпақтардың δimagвариациясы [79], геомагнитті қималардың шектерінің шартталған өзгеруі изотропты вариацияларға қарағанда аз, және аса сирек пайда болады, бірақ геомагнитті ауытқулар кезінде анизотропты вариациялармен салыстырғанда анағұрлым мәнді және олардан асып түсуі мүмкін. Магнитосфералық вариациялардың көптеген шамалары орташа ендіктерде және биіктаулы станцияларда бақыланады.Олар өте биік ендіктерде елеместей аз болады. Сондықтан биікендікті нейтронды мониторларды сақина әдісінде және геомагнитті ауытқулар кезінде пайдалануға болады. Бұл әдіс үшін атмосфералық шығу тегідар вариациялары да δiatmқауіпті емес, себебі нейтронды мониторлар жарық жылдамдығының тәуелділігі атмосфералық темпертурадан аз [80], ал барометрлік эффектке түзету енгізу жеткілікті дәлдікпен болады. Атмосфералық шығу тегідардың ерекше вариациялары болса, мысалы, қар эффектісі [44], жеткілікті жиі және белгілі бір маусымдарда ғана көрінеді. Олар жекелей талдауды қажет етеді, жеке период үшін белгілі станцияның деректерін өңдеуге алып келуі мүмкін. Сондай-ақ, ол δiapаппаратуралық шығу тегі (немесе әдістемелік) вариацияларға да қатысты. Мұндай типті үлкен вариациялар станцияны таңдау кезеңінде өңделуі тиіс, ал кішкентайлары, күрделі анықталатындары, шындығында статистикалық қателікке εi қосылады. Осылайша, ҒС барлық анизотропты емес вариациялары жоғарыендікті нейтронды мониторлармен бақыланатын ҒС вариацияларының ұзақтық тәуелділігіне әлсіз әсер етеді, немесе бұл әсерді жою қиынға түспейді. Аса кедергі жасайтын фактор анизотропияны құрайтын аумақтық әсері болуы мүмкін, біріншіден, ҒС солтүстік-оңтүстік ассиметриясы. Аумақтық құраушылар күндітәуліктік вариацияның шамасымен сәйкес шамаға ие және ізделінетін ұзақтық таралуды бұрмалауы мүмкін. Бұл жағдай орындалмас үшін анизотропияның аумақтық құраушыларына жоғары сезгіштігі бар станцияларды алып тастау керек. Мұндай станциялар өте көп емес, бұл ең алдымен, сүлтүстіктіоңтүстік анизотропия (Туле, МакМѐрдо станциялары, және тағы бірнеше арктикалық және антарктикалық станциялар) үшін өте үлкен шамадағы кіріс коэффициенті C10 полярлы детекторлар болып табылады. Бұл станциялар ғаламдық түсірілім әдісі үшін өте бағалы, бірақ сақина әдісі үшін олар тек зиян келтіреді. Сондай-ақ, екі түрлі жартышардағы (солтүстік және оңтүстік) станцияларды біріктіру қажет емес. Айтылып кеткендей, станцияның сақинасы үшін тек жоғарыендікті, бірақ, полярлы және биіктаулы емес нейтронды мониторларды таңдау керек, және ең жақсысы тек бір жартышардағы (солтүстік жарты шар).Ол үшін hi биіктікті және станцияның λiгеографиялық ендігін, геомагнитті қиманың қатаңдығын Ri және стандартты қысымPi, күнді-тәуліктік үшін кірікпе коэффициенттер C11i,𝑖 және векторлық анизотропияның солтүстік-оңтүстік құраушылары үшін C10iқолдану қажет. Сақина станциясы үшін шектеулер жиынтығы келесідей болуы мүмкін:
λidλiλiu,
hihiu,
PiPid, (3)
RiRiu,
C10dC10iC10u
Шектеуші параметрлерλid, λiu, hiu, Pid, Riu, C10d , C10uзерттелінетін период және алынған деректердің шешілетін есебінен таңдап алуға болады. Шектеулер санын азайтуға болады, себебі екйбір параметрлер кейде бір- бірін қайталап отырады, мысалы биіктік hжәне атмосфералық қысымPнемесе географиялық ендікλжәне бірінші гармониканы аумақтық құраушысы үшін кіріс коэффициенті C10. Бірақ та жалпылай алғанда,барлық дүниежүзілік детекторлар жүйесінің (2) шектеулері тек қана бір бөлігін құрайды және осы детекторлар, шын мәнінде, жер шарын жеткілікті тар сақина ендігі бойынша қамтиды. Таңдап алынған станциялар үшін (1) теңдеуі оңайлатылады, онда қосындылардың үлкен бөлігін алып тастауға болады. Бұл:
δi=δ0+δiae+Ei (4)
Мұндағыδ0 - сақина бойынша оңайлатылған вариация, ал Ei - кездейсоқ құраушы, оған статистикалық қателіктен басқа, қалдық вариациялар да, егер біз алып тастаған вариациялар нөлден артық болса кіре алады. Детекторда t уақытта бақыланған вариацияның i анизотропты бөлігі δ(t)=δi+δ0бірінші реті ҒС анизотропиясына φ = φit+Δφi, мұндағыφit- анизотропты ұзақтықта шамамен жақын болады, мұндағыφit - белгіленген координталар жүйесіндегі станцияның географиялық ұзақтығы, және φitуақытқа тәуелді, алΔφi - станцияның асимптотикалық орналасуы әдетте, географиялыққа қарағанда шығысқа қарай болатын, Жер магнитосферасындағы бөлшектердің эффективті көшуі. Ұзақтыққа тәуелді φҒС анизотропиясының бөлігі Жер магнитосферасының шегінде, келесідей көрсетілуі мүмкін (бөлек нейтронды мониторларға сәйкес жеке нүктелерде) :
δ (φit+ Δφi) = (δi - δ0) C11i, (5)
мұндағы C11iбөліндісі екі функцияны атқарады: ҒС анизотропиясына нақты детекторларға тәуелді емес, сыртқа ауысу мен нормалау. Осылайша, бірінші ретті ҒС анизотропиясының ұзақтық таралуын, оның пішінін алдын ала болжамай, әрбір сағат үшін алуға болады. Бірақ та сақина әдісі өзіндік ережелері мен шектеулері бар. Нейтронды мониторлар бөлшектерді кең ұзақтық аумағынан жинайтыны мәлім, сол себепті кішкене бөліктердің шығуына сенбеу керек (5-10 градус ендіктегі). Мұндай ерекшеліктер тегістеледі, және бұл жағдайларда анизотропиялар төмендей бастайды. Жер шарына нейтронды мониторларды біркелкі емес орналастыру, әсіресе, жүниежүзілік станцияның еуропалық немесе америкалық бөлігіне сәйкес жүйесінде ұазқытылық тәуелділігі Атлантикадағы, және Тынық мұхитындағы аумақтарға қарағанда,анығырақ және сенімдірек анықталатын болатындығы анық. Сондай-ақ, Ғс анизотропияының энергетикалық спектрі C11i жәнеΔφiпараметрлерін анықтау кезінде қолданлыған спектрден өзегруі және ерекшеленуі мүмкін. Осы (және басқа да ерекшеліктер) алынған ұзақтық тәуелділігінің бұрмалануына алып келеді, шындығында, бұл бұрмаланулар станцияны дұрыс таңдауда өте үлкен болмауы мүмкін. Өте маңызды мәселе ғаламдық түсірілім әдісінен сақина әдісін негізінде ерекшелейтін өзгешеліктер болуы мүмкін: оның нәтижесін санын дәл анықтау күрделі және осы нәтижелердің сапасын басқару қиынға түседі.
Соңғы 20 жыл ішінде күн белсенділігінің (СА) алты соңғы циклінде ҒС тығыздығы қатаңдығы 10 ГВ характеристикасын сипаттайтын (сур.4), ҒС модуляциясыныңұзақ мерзімді жартыэмпирикалық моделі құрылған және үнемі жетілдірілу үстінде. Модел нейтронды мониторлар әлемдік желісінде жәнекүн белсенділігінің индекстерінде құрылған. Күн белсенділігінің негізгі пайдаланылатын параметрлерікүн желінің көзінен бетінде есептелген, күн магнит өрісінің сипаттамалары болып табылады: Күн Hpol полярлық магнит өрісінің шамасы, гелиосфералық тоқ қабатының η көлбеулігі, BSS магнит өрісініңорта қарқындылығы және т.б. ҒС-дегі транзиентті күн құбылыстарының әсер ету есебінен,күн жарқылының және корональды шығарындылардың жиілігін және қуатын ескеретін, әр түрлі индекстерін пайдалану көмегімен жүзеге асырылады. ИЗМИРАНда ұсынылған көппараметрлі модел ҒС-дің бақыланатын вариацияларын, тіпті аномальды құлдырау және минимум СА соңғы (23-ші) циклде сәйкес сипаттауға мүмкіндік берді. Гелиосфералық тоқ қабатының көлбеулігі η қашықтықта R = 3,25 Ro алынған 23-ші циклдің минимумында ҒС модуляциясының көрінісін ең жақсы түрде ұсынуғамүмкіндік береді. ҒС модуляциясына 23-цикл құлдырауында Bss, ZO және Hpol өзгерістерінен кірген үлесі, алдыңғы циклдардың тиісті кезеңдеріне қарағанда төмен. Бірақ бұл көлбеу η өзгерістерінің ұлғаюы есебінен өтеледі (басқа циклдар минимумдарымен салыстырғанда).
Сурет 5- Күн белсенділігінің 19 - 24-ші циклдеріндегі ҒС модуляциясы: модель (қара сызық) және қатаңдығы 10 ГВ ҒС вариациясын бақылау (қызыл сызық) (төменгі жағында);Hpol, η, Bss және Nscc (жоғарғы жағында) модельдерін құру кезінде пайдаланылған индекстердің модуляцияға қосқан үлесі
Ғарыштық сәулелену вариациясыныңбарлық қолда бар ақпараттары бойынша, жерүсті нейтронды мониторлар желісі және ҒС жер маңайы бақылаулар көмегімен алынған (стратосферада және жер серіктерінде) 1953-2010 жылдары үшін галактикалық ҒС (ГҒС) ұзақмерзімді вариациялар спектр параметрлері анықталған [Gushchina et al., 2003]. Сонымен қатар, басқа да тәсіл арқылы мюонды телескоптың деректерін қолдануымен 1974-2012 жж ҒС тығыздығының ұзақмерзімді спектрі алынды(Nagoya станциясы,17 түрлі бағыттардан келген бөлшектер). 23-ші циклдің минимумында (2009 ж.) жер үсті деректері бойынша ҒС ағындарының бұрынбелгіленген максималды деңгейінен,қуаты шамамен 10 ГВ болатын 5 %-ға арттырулар тіркелген, ал стратосферадағы энергиясы 100 МэВ галактикалық ҒС ағынын өлшеулер бойынша 20% - ға өсті.
Ұзақ мерзімді қатаңдығы 10 ГВ болатын ҒС қозғалысын зерттеу соңғы бес циклда СА (19-23-м) орта А10м және экстремалды мәндерін A10 көмегімен ҒСқарқындылығының мәні көрсеткендей, А10м шамасы,ҒС циклінің қуаттылық сипаттамасы бола тура, СА цикліндеайтарлықтай ерекшеленеді, олар күн белсенділігінің пайдалы индексі бола алады. А10м өзгерістері күн дақтары саны сияқты, жергілікті күн өрістерінің сипаттамаларының орташа шамаларының өзгерістерімен сәйкес келмейді.
Ғарыштық зерттеулердің ерте даму кезеңінде ғарыштық сәулелерді Жер серіктерінде және ғарыштық аппараттарда өлшеу жер бетінде өлшеулерді ауыстырады деп жиі естуге тура келетін. Бірінші ретті ҒС тура бақылау екінші компоненттерге қарағанда сенімді және ақпаратқа толы болып көрінеді. Бірақ өмір көрсеткендей, бұл олай емес. Белгілі болғандай, ҒС өлшеудің түрлі типтерібір-бірін ауыстыруы әбден мүмкін емес, бірақ, бір-бірін жақсы толықтырып отыруға қабілетті: ғарыш миссиясы неғұрлым маңызды және жалғасатындай болса, соғұрлым ол жер бетіндегі қолдауға мұқтаж, және нейтронтабысты ұшу аппаратының Ulysses деректері жиі сұранысқа ие, ол, көбінесе, қазіргі заманғы гелиосферы құрылымын және оның циклдық өзгерістерін түсінуді қамтамасыз етеді.
Гелиорадиустар мен гелиоендіктеркең диапазонында ұшып жүрген Ulysses-пен салыстырғанда, Жер, қозғалыссыз жағдайда тұрды деп айтуға болады. Сондықтан, Жер бетіндегі нейтронды мониторлармен бақыланған ҒС вариацияларыUlysses деректеріндегі кеңістіктік және уақытша вариацияларды бөлу үшін пайдаланылды [79]. Осындай жұмыстардың нәтижелерінің бірі жоғарыэнергиялы ҒС ішкі гелиосферадакүн белсенділігінің төмен (1994-1996) және жоғары (1998-2001) кезеңдерінде таралуы болып табылады (сур.-6). ҒС тығыздығы төменгі белсенділікке гелиоұзақтыққа тәуелді және Күнге дейінгі қашықтыққа байланысты емес. Ал максимумда, керісінше, ендік тәуелділігі азаяды, ал радиалды басты мақсаты болып отыр.
Сурет 6-Күн айналасында Ulysses және НМ жүйесі деректерінен алынған күн белсенділігінің энергиясы 2ГэВнуклон (а) минимум және (б) максимум үшін саналған протондардың орналасуы
Галактикалық ғарыштық сәулелердің нысаны, бағыты, шамасы және анизотропиясының энергетикалық спектрі гелиомагнитосферадағынақты құрылымдарменбайланысты, планетааралық өрістің кернеулігімен (ПӨК), сондай-ақ, күн желінің жылдамдығымен байланысты. Күн желіндегі кең кеңістікті (109...1014 см) және уақытша (103...108) диапазондағы құрылымдық ерекшеліктер және процестер Жерде бақыланатын ғарыштық сәулелердің анизотропиясында көрсетіледі және оның көмегімен зерттелуі мүмкін. Мюонды телескоптардан айырмашылығы нейтронды мониторлар келіп тіркелетін бөлшектердің келу бағыты туралы ақпарат бермейді және ҒС анизотропиясын бір монитор тікелей өлшемейді. Бірақ НМ әлемдік желісі -- бұл анизотропияны өлшеу үшін тамаша құрылғы және ҒС анизотропиясы туралы біздің біліміміздің басым бөлігі нейтронды мониторлар желісі арқылы алынған. Анизотропияны анықтау әдістемесі тәуліктік вариацияның қарапайым есептеуінен күрделі ғаламдық түсіру әдісіне дейін жол жүріп өтті,ИЗМИРАНда жасалған нұсқасықазір анизотропияның нөлдік (ҒС тығыздығы - ҒС ағынының изотропты бөлігі), бірінші ретті және екінші гармоникаларын бөлу үшін пайдаланылады [90].
Сурет 7 ≪ілінген≫ векторлық диаграмма ҒС (немесе күнді-тәуліктік анизотропия) анизотропия бірінші гармоникасының соңғы 54 жылда әрбір ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Ұқсас жұмыстар
Пәндер
- Іс жүргізу
- Автоматтандыру, Техника
- Алғашқы әскери дайындық
- Астрономия
- Ауыл шаруашылығы
- Банк ісі
- Бизнесті бағалау
- Биология
- Бухгалтерлік іс
- Валеология
- Ветеринария
- География
- Геология, Геофизика, Геодезия
- Дін
- Ет, сүт, шарап өнімдері
- Жалпы тарих
- Жер кадастрі, Жылжымайтын мүлік
- Журналистика
- Информатика
- Кеден ісі
- Маркетинг
- Математика, Геометрия
- Медицина
- Мемлекеттік басқару
- Менеджмент
- Мұнай, Газ
- Мұрағат ісі
- Мәдениеттану
- ОБЖ (Основы безопасности жизнедеятельности)
- Педагогика
- Полиграфия
- Психология
- Салық
- Саясаттану
- Сақтандыру
- Сертификаттау, стандарттау
- Социология, Демография
- Спорт
- Статистика
- Тілтану, Филология
- Тарихи тұлғалар
- Тау-кен ісі
- Транспорт
- Туризм
- Физика
- Философия
- Халықаралық қатынастар
- Химия
- Экология, Қоршаған ортаны қорғау
- Экономика
- Экономикалық география
- Электротехника
- Қазақстан тарихы
- Қаржы
- Құрылыс
- Құқық, Криминалистика
- Әдебиет
- Өнер, музыка
- Өнеркәсіп, Өндіріс
Қазақ тілінде жазылған рефераттар, курстық жұмыстар, дипломдық жұмыстар бойынша біздің қор #1 болып табылады.
Ақпарат
Қосымша
Email: info@stud.kz