ЖЭТФ, 2022, том 161, вып. 4, стр. 560-569

О ВОСПРОИЗВЕДЕНИИ ВАРИАЦИЙ СОЛНЕЧНОЙ

АКТИВНОСТИ В ДИАПАЗОНЕ 2-40 МЕСЯЦЕВ

В МЕЖПЛАНЕТНОЙ СРЕДЕ

Г. А. Базилевская^*, М. С. Калинин, М. Б. Крайнев, В. С. Махмутов,

А. К. Свиржевская, Н. С. Свиржевский, Ю. И. Стожков

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки

Физический институт им. П. Н. Лебедева Российской академии наук

119991, Москва, Россия

Поступила в редакцию 28 августа 2021 г.,

после переработки 10 ноября 2021 г.

Принята к публикации 25 ноября 2021 г.

Выполнено сравнение квазидвухлетних вариаций и вариаций типа Ригера (характерное время меньше

1 года) в солнечной активности, межпланетном магнитном поле и в модуляции потоков галактических

космических лучей. Показано, что по сравнению с 11-летним циклом квазидвухлетние вариации меньше

подавлены в межпланетной среде, чем на Солнце. Хотя вариации типа Ригера примыкают по частоте к

квазидвухлетним вариациям, они заметно отличаются от них по степени воспроизведения в межпланет-

ной среде и влиянию на модуляцию космических лучей.

Статья для специального выпуска ЖЭТФ, посвященного 100-летию А. Е. Чудакова

DOI: 10.31857/S0044451022040101

сферных частиц, а также искусственной радиоак-

EDN: DQGPZD

тивности [1].

1. ВВЕДЕНИЕ

Длинные ряды данных используются для изуче-

Регулярные измерения потоков заряженных час-

ния вариаций состояния гелиосферы и околоземной

тиц в атмосфере на разных широтах были начаты

среды, которая представляет собой сложнейшую си-

С. Н. Верновым и А. Н. Чарахчьяном в 1957 г., когда

стему. Высокоэнергичные заряженные частицы га-

был объявлен Международный геофизический год,

лактического, солнечного и магнитосферного про-

и продолжаются по настоящее время. Этот экспери-

исхождения играют важную роль в формировании

мент не смог бы выжить, если бы с начала 1980-х го-

космической погоды. Ионизация атмосферы влия-

дов он не получал постоянную поддержку А. Е. Чу-

ет на электрические явления и химические процес-

дакова, который добился регулярного финансирова-

сы, которые определяют погоду и климат на плане-

ния от АН СССР. Теперь, несмотря на постоянные

те. Модуляция потоков ионизирующих частиц, бом-

трудности, мы имеем уникальные ряды данных о

бардирующих атмосферу Земли, зависит от посто-

ионизирующей радиации в атмосфере более чем за

янно меняющейся солнечной активности. Весь ком-

пять 11-летних циклов солнечной активности. Ре-

плекс процессов в околоземном пространстве изуча-

зультаты измерений, полученные на баллонах, ис-

ется солнечно-земной физикой, которая объединяет

пользуются для изучения вариаций потоков галак-

в себе физику Солнца, физику межпланетной сре-

тических лучей, которые непрерывно бомбардируют

ды, физику магнитосферы, атмосферы и космичес-

Землю, для регистрации и изучения спорадических

ких лучей. С течением времени данные геофизиче-

изменений радиационной обстановки в атмосфере,

ских наблюдений приобретают всю большую цен-

связанных с приходом солнечных и/или магнито-

ность. Это становится особенно ясным сейчас, когда

происходят быстрые изменения климата, причины

^* E-mail: bazilevskayaga@lebedev.ru

которых понять необходимо, но пока не удается.

560

ЖЭТФ, том 161, вып. 4, 2022

О воспроизведении вариаций солнечной активности. ..

Настоящая работа, в которой используются ре-

никновения активных областей, случайным обра-

зультаты баллонных и наземных измерений пото-

зом распределенных по долготе. Джалилов и др.

ков космических лучей (КЛ), а также параметров

[9] предположили, что КДО являются нестабильной

на Солнце и в межпланетной среде, влияющих на

модой волн Россби в зоне лучистого переноса. Ав-

КЛ, посвящена изучению вариаций с характерны-

торы, считающие КДО фундаментальным явлени-

ми временами от нескольких месяцев до нескольких

ем, связывают их с солнечным динамо. Беневоленс-

лет на фоне 11-летнего цикла солнечной активности.

кая [10] предложила модель, в которой рассматрива-

Целью работы является изучение воспроизведения

лось дополнительное динамо, оперирующее в верх-

указанных вариаций солнечной активности в пара-

них слоях конвективной зоны Солнца. Авторы ра-

метрах межпланетного магнитного поля и модуля-

боты [11] ввели модель турбулентного нелинейного

ции потоков галактических КЛ.

динамо, альтернативную модели Бэбкока и Лейтона

В солнечной активности в диапазоне 10-200 нГц,

[12]. Новые аргументы в пользу фундаментального

т. е. 2-48 месяцев, выделяются два диапазона — ква-

характера КДО представлены в работе [13].

зидвухлетние осцилляции (КДО) с характерными

Вариации с периодом 154 сут были первоначаль-

временами 1-4 года и периодичности типа Ригера

но обнаружены в частоте гамма- и рентгеновских

с характерными временами до 1 года. В обоих диа-

вспышек в работе [14]. Впоследствии эта и близкие

пазонах можно видеть множество пиков, ни один

ей периодичности были обнаружены в других прояв-

из которых не отражает постоянно присутствую-

лениях солнечной активности: в частоте оптических

щую периодическую вариацию, такую как 27-днев-

вспышек, микроволновых всплесков, числе солнеч-

ная волна, связанная с периодом обращения Солнца

ных пятен, радиоизлучении 10.7 см, частоте выбро-

вокруг своей оси.

сов корональной массы и т.д. (см. работы [15-17]

Широко известные КДО в атмосферных процес-

и ссылки там). В литературе они получили назва-

сах [2] не имеют непосредственной связи с КДО на

ние периодичности типа Ригера (ПТР). Довольно

Солнце, но они послужили стимулом к изучению

скоро стало ясно, что период ПТР может варьиро-

КДО внеземного происхождения [3]. Широкое изу-

ваться в достаточно широких пределах, например,

чение этих вариаций началось после их обнаруже-

51-128 сут [18], 185-195 сут [19]. В работе [20] ПТР

ния в потоке солнечных нейтрино [4]. Обзор резуль-

были найдены в индукции межпланетного магнит-

татов наблюдений КДО до 2014 г. выполнен в работе

ного поля. ПТР в потоках КЛ изучались в рабо-

[5], где суммированы их основные свойства:

те [21]. Основные свойства ПТР, такие как неустой-

— значения характерного времени КДО меняют-

чивый период, отсутствие синхронизации между се-

ся в пределах 1-4 года, причем нет доминирующей

верным и южным полушариями Солнца [22], зави-

периодичности;

симость от фазы 11-летнего солнечного цикла [23],

— в каждом полушарии Солнца КДО развива-

сходны со свойствами КДО. В последние годы по-

ются независимо, но практически синхронны в пре-

явилось немало статей, в которых эти два диапазона

делах одного полушария на всех уровнях солнечной

объединяются [24-26].

атмосферы, а также под фотосферой, как следует

Большинство исследователей предполагают

из данных гелиосейсмологии;

фундаментальный характер ПТР. Бэй и Старрок

— КДО наблюдаются в фотосферном магнитном

[27] предположили, что ПТР являются субгар-

поле в фазе с другими индексами солнечной актив-

мониками «фундаментального периода» 25.5 сут,

ности [6, 7];

играющего роль внутренних солнечных часов. Тот

— КДО передаются в межпланетную среду от-

факт, что значения периодов ПТР меньше в более

крытым магнитным потоком Солнца, т. е. компонен-

мощных циклах солнечной активности, послужил

той магнитного поля Солнца, которая открывается

основанием для разработки теоретической модели,

в межпланетную среду;

связывающей ПТР с волнами Россби [16,18,19,22].

— амплитуда КДО зависит от фазы 11-летнего

Несмотря на длительный период изучения, во-

цикла и максимальна в годы высокой солнечной ак-

прос о том, действительно ли КДО и ПТР являют-

тивности;

ся характерными вариациями солнечной активно-

— КДО наблюдаются в параметрах межпланет-

сти, до сих пор является дискуссионным, посколь-

ной среды, геомагнитной активности и модуляции

ку мощный 11-летний цикл маскирует все осталь-

потоков галактических КЛ.

ные вариации. Согласно работе [28], в солнечной

Авторы работы [8] показали, что КДО могут

активности отсутствуют статистически обоснован-

быть связаны со стохастическим процессом воз-

ные периодичности, за исключением 11-летнего цик-

561

Г. А. Базилевская, М. С. Калинин, М. Б. Крайнев и др.

ЖЭТФ, том 161, вып. 4, 2022

Рис. 1. Периодограммы числа солнечных пятен Rz с 1750 по 2020 гг. (а) и с июня 1966 г. по декабрь 2019 г. (б). 11-летние

вариации подавлены путем вычитания из первоначального ряда значений, сглаженных по 25 месяцам. По осям ординат —

мощность P в единицах 90 % доверительного уровня CL90. Штриховыми отрезками обозначены диапазоны КДО и ПТР

⎡

(

)₂

ла и 27-дневного периода обращения Солнца вокруг

∑

P (ω_m) =

⎣

x_i sin(ω_mi)

своей оси. Авторы этой работы приходят к заклю-

N²

i=1

чению, что нет необходимости искать специфиче-

(

)₂ ⎤

ский механизм для образования КДО на Солнце,

∑

поскольку они полностью соответствуют случайным

x_i cos(ω_mi)

⎦,

компонентам, типичным для турбулентных конвек-

i=1

тивных систем, к которым относится солнечное ди-

где x₁, x₂, x₃, . . . , N — ряд месячных данных, Pωm —

намо. В то же время авторы работы [28] признают,

мощность сигнала с частотой ω_m = πm/NΔt, m =

что указанный диапазон характеризуется особой пе-

= 1, 2, 3, . . ., N, Δt = 1 мес.

ремежаемостью (intermittency), отражающей турбу-

Из первоначального ряда данных были вычтены

лентную природу солнечной активности [29].

значения, сглаженные по 25 месяцам, что на 80 % по-

Следует отметить, что стохастичность КДО и от-

давляет вариации с периодами больше 5 лет (рис. 2).

сутствие выделенного периода были подчеркнуты в

Мощность сигнала отнесена к уровню достоверно-

большинстве работ, исследующих КДО, в том числе

сти 90 %, т. е. в случае нормального распределения

и наших [5-7, 30]. Хотя отчетливая периодичность

только 10 % вариаций может превышать 1. Штри-

отсутствует, в солнечной активности выделяются

ховые линии указывают диапазон 3-9 мес (ПТР) и

заметные временные структуры в диапазоне КДО

12-36 мес (КДО). На рис. 1а видна мультипиковая

и ПТР, которые имеют ряд характерных особеннос-

структура ПТР и КДО. На рис. 1б показана анало-

тей, передаются в межпланетную среду и модулиру-

гичная периодограмма для периода времени, обсуж-

ют потоки КЛ [30]. Их изучение дает дополнитель-

даемого в данной работе — 1966-2019 гг. Диапазон

ную информацию о динамике солнечной активности

вариаций от 2 до 40 мес является возмущенным на

и о процессах в межпланетном пространстве. Ввиду

рис. 1а и 1б. Аналогичные результаты получаются

того, что в КДО отсутствуют четкие периодичности,

для других индексов солнечной активности, см., на-

правильнее называть это явление средневременны-

пример, рис. 2 работы [5].

ми вариациями внутри солнечного цикла. Однако

В наших работах [5-7, 30] было показано, что

в данной работе мы придерживается старого назва-

КДО на Солнце и в межпланетной среде плохо кор-

ния.

релируют между собой. Поэтому в данной статье

мы сосредоточиваемся на вопросе передачи КДО и

ПТР от Солнца в межпланетную среду в сравнении

2. ДАННЫЕ НАБЛЮДЕНИЙ

с воспроизведением в межпланетной среде 11-летне-

го солнечного цикла.

В качестве иллюстрации значимости КДО и

Границы частотных интервалов КДО и ПТР чет-

ПТР в солнечной активности на рис. 1а приведе-

ко не определены, они зависят от времени и в раз-

на периодограмма числа солнечных пятен Rz, полу-

ных работах сдвинуты от месяца до года. Из дан-

ченная по среднемесячным значениям наблюдений

ных, представленных на рис. 1, можно предполо-

с 1750 г. Периодограмма получена из спектра мощ-

жить, что фактически между КДО и ПТР нет чет-

ностей

кой границы и они могут иметь одинаковое про-

562

ЖЭТФ, том 161, вып. 4, 2022

О воспроизведении вариаций солнечной активности. ..

Рис. 2. Функции отклика 25-месячного скользящего сглаживания (а, пунктир), выделения КДО (а и б, сплошные кривае)

и выделения ПТР (б, штриховая кривая)

исхождение. Мы покажем, что в аспекте передачи

Для исследования был взят период с июня 1965 г.

вариаций от Солнца к межпланетной среде ПТР и

по декабрь 2020 г., когда можно было получить

КДО обладают разными свойствами. Основываясь

среднемесячные значения всех параметров, вклю-

на результатах анализа вариаций в 1965-2020 гг.,

ченных в работу. В результате применения филь-

мы принимаем в данной работе интервалы перио-

тров для выделения вариаций этот период умень-

дов 120-150 мес, 18-36 мес и 3-9 мес соответственно

шился: с июня 1966 г. по декабрь 2019 г.

для 11-летних вариаций, КДО и ПТР.

В спектрах мощностей параметров солнечной ак-

тивности, межпланетной среды и КЛ превалирует

КДО и ПТР присутствуют практически во всех

11-летний цикл. Он маскирует другие вариации, для

параметрах солнечной активности [5], здесь в ка-

выделения которых применяются различные филь-

честве характеристики солнечной активности ис-

тры. Мы используем простой метод выделения в ви-

пользуется число солнечных пятен Rz (https://

де скользящего сглаживания временного ряда дан-

wwwbis.sidc.be/silso/datafiles). В работах [6,7,30] бы-

ных по 25 и 7 мес. Данные 25-месячного сглажива-

ло показано, что КДО в галактических КЛ хорошо

ния отражают 11-летний цикл. Фильтр для выделе-

коррелируют с измеряемой на орбите Земли индук-

ния КДО является разностью 7-месячного и 25-ме-

цией B межпланетного магнитного поля (ММП), ко-

сячного сглаживания данных. Фильтр для выделе-

торая является хорошим приближением для откры-

ния ПТР — разность между исходными данными

того магнитного потока Солнца [31] и используется

и данными 7-месячного сглаживания. Функции от-

здесь как параметр межпланетной среды (https://

клика фильтров показаны на рис. 2.

omniweb.gsfc.nasa.gov/form/dx1.html).

Мы используем среднемесячные значения пото-

ков КЛ, полученные в долговременных измерени-

3. СРАВНИТЕЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

ях на баллонах ионизирующей радиации в атмосфе-

ИЗУЧАЕМЫХ ВАРИАЦИЙ НА СОЛНЦЕ И В

ре, а именно, потоки заряженных частиц в атмо-

МЕЖПЛАНЕТНОЙ СРЕДЕ

сфере в максимуме Регенера - Пфотцера в Мурман-

ской и Московской областях (MU_bal и MO_bal, поро-

Для удобства сравнения вариаций в разных па-

ги геомагнитного обрезания R_c соответственно 0.5

раметрах мы отнесли месячные значения каждого

и 2.1 ГВ) (https://sites.lebedev.ru/en/DNS_FIAN/

параметра к среднему за 1965-2020 гг. На рис. 3 при-

479.html), а также данные нейтронного монитора

ведены экспериментальные данные, использованные

(NM) станции Москва (R_c = 2.1 ГВ) (http://cosrays.

в работе, за исключением результатов измерений

izmiran.ru), которые служат для подтверждения ре-

MO_bal в стратосфере, которые близки к результатам

зультатов наших измерений.

MU_bal.

563

Г. А. Базилевская, М. С. Калинин, М. Б. Крайнев и др.

ЖЭТФ, том 161, вып. 4, 2022

Рис. 3. Среднемесячные (красные линии) и 7-месячные

скользящие сглаженные значения (черные линии): число

солнечных пятен Rz (а); индукция B ММП (б); данные

баллонных измерений MU_bal (в); данные NM (г). Данные

отнесены к среднему значению за 1965-2020 гг.

Мы видим, что масштаб (максимальный размах)

11-летних вариаций на Солнце в 2.5 раза больше,

чем в B и в 5 раз больше, чем в КЛ. В свою оче-

редь, масштаб вариаций в B вдвое больше, чем в

КЛ, хотя последний, естественно, зависит от энер-

гии частиц. Более наглядное сравнение представле-

но на рис. 4, где использованы отфильтрованные

данные 11-летних вариаций КДО и ПТР.

Рисунок 4а подтверждает разницу масштабов

11-летнего цикла на Солнце и в межпланетной сре-

де, а также противоположную фазу вариаций КЛ.

На рис. 4б видна синфазность КДО в B и КЛ, кото-

рая раньше отмечалась в работах [6,7,30]. На рис. 4б

шкала для B дана с обратным знаком, поскольку

КДО для КЛ и B имеют противоположные фазы.

Коэффициент корреляции между КДО в B и КЛ

(данные NM) составляет CC = -0.65 ± 0.02. Амп-

литуда КДО больше в B, чем в КЛ, но меньше, чем

Рис. 4. Сравнение отфильтрованных рядов данных: а —

11-летние вариации Rz (серая кривая), индукции B ММП

на Солнце, как показано на рис. 4в. Кроме того,

(черная сплошная) и КЛ (MU_bal, черная штриховая); б —

в КДО Rz заметна модуляция 11-летним циклом,

КДО B (значения даны с обратным знаком, серая кривая)

которая меньше выражена в данных рис. 4б. Это

и КЛ (данные МU_bal — черная кривая, данные NM — крас-

объясняется тем, что открытое поле Солнца вблизи

ная); в — КДО Rz; г — ПТР Rz (светло-серая кривая), B

минимума солнечной активности формируется по-

(темно-серая) и КЛ (данные MU_bal — белая)

лями обширных полярных корональных дыр, а во

564

ЖЭТФ, том 161, вып. 4, 2022

О воспроизведении вариаций солнечной активности. ..

Таблица

1. Коэффициенты корреляции между

время максимума оно складывается из магнитных

спектрами мощностей Rz и B по данным с июня

потоков мелких корональных дыр, расположенных

1966 г. по декабрь 2019 г.

вблизи активных областей; при этом уменьшение

площади дыр компенсируется увеличением средней

Коэффициент

индукции поля [31]. Кроме того, фаза КДО на Солн-

Ряд данных

це плохо согласуется с фазой КДО в межпланетном

корреляции

пространстве, что проявляется в низкой корреляции

Реальные

0.82 ± 0.01

между Rz и B — CC = 0.33 ± 0.03. На рис. 4г пред-

ставлены ПТР. По относительной амплитуде эти ва-

11-летний цикл

0.89 ± 0.01

риации в Rz лишь примерно в 1.4 раза меньше, чем

КДО

0.61 ± 0.02

сглаженный 11-летний цикл (рис. 4а). ПТР замет-

но модулированы 11-летним циклом, причем как на

ПТР

0.32 ± 0.04

Солнце, так и в межпланетной среде. В отличие от

11-летнего цикла, где амплитуды в B и в КЛ срав-

нимы, ПТР в КЛ сильно подавлены по сравнению

тивности лучше воспроизводятся в межпланетной

с B.

среде, чем КДО и ПТР, можно объяснить связью

между пространственным масштабом явления и

характерным временем вариации. 11-летний цикл

4. О ВОСПРОИЗВЕДЕНИИ

связан с крупномасштабной (меридиональной)

КВАЗИПЕРИОДИЧЕСКИХ ВАРИАЦИЙ

циркуляцией солнечной плазмы, тогда как КДО

СОЛНЕЧНОЙ АКТИВНОСТИ В

могут соотноситься с комплексами активности, а

МЕЖПЛАНЕТНОМ ПРОСТРАНСТВЕ

ПТР — с отдельными активными областями. Мел-

Общее представление о передаче возмущений

комасштабные поля замкнуты на Солнце и вносят

солнечной активности ММП могут дать коэффи-

меньший вклад в открытый магнитный поток.

циенты корреляции между спектрами мощностей

Далее мы перейдем от рассмотрения всего спек-

для реальных и фильтрованных рядов данных за

тра мощностей к выделению сигнала в интервалах

1966-2019 гг., которые приведены в табл. 1. Степень

частот, ответственных за изучаемые вариации. Для

передачи возмущения максимальна для 11-летнего

выделения 11-летних вариаций, КДО и ПТР бы-

цикла, который превалирует в данных наблюдений.

ли усреднены мощности реальных данных, соответ-

С уменьшением характерного времени вариации пе-

ствующих периодичностям 120-150 мес, 18-36 мес

редача возмущения от Солнца к межпланетной сре-

и 3-9 мес. Если взять мощность 11-летнего цикла

де падает. Коэффициенты корреляции между спект-

за 100 %, то получается распределение мощности в

рами мощностей B и КЛ для реальных и сгла-

диапазонах КДО и ПТР, представленное в табл. 2.

женных по 25 месяцам данных превышают 0.99.

11-летний цикл превалирует во всех параметрах, но

Для КДО корреляция спектров мощностей между

на Солнце (Rz) КДО подавлены в 10 раз сильнее,

B и КЛ составляет СС ≈ 0.8-0.9, а для ПТР —

чем в межпланетной среде (B, КЛ), и это должно

СС ≈ 0.4-0.05. Спектры мощностей КДО для раз-

быть связано с процессами формирования открыто-

ных рядов КЛ коррелируют между собой на уровне

го магнитного потока Солнца. ПТР как на Солн-

0.9, а спектры ПТР — на уровне 0.7. Эти результаты

це, так и в межпланетной среде присутствуют в до-

показывают, что в ПТР большой вклад дают мест-

лях процентов от 11-летнего цикла. Относительная

ные факторы: во-первых, они плохо передаются от

мощность ПТР в различных параметрах различает-

Солнца в межпланетную среду, а во-вторых, в них

ся не так сильно. В ПТР сильный вклад должны

могут вносить вклад аппаратурные эффекты.

давать локальные возмущения, которые могут гене-

Передача вариаций солнечной активности в

рироваться в межпланетной среде. Здесь наглядно

межпланетную среду относится к проблеме фор-

проявляется различная природа КДО и ПТР.

мирования открытого магнитного потока Солнца,

Частотные спектры отфильтрованных значений

которая в настоящее время далека от разрешения

позволяют увидеть различия КДО и ПТР на Солнце

[32-35]. По определению, открытый поток не содер-

и в межпланетной среде, если сравнивать периодо-

жит замкнутых магнитных петель, укорененных

граммы для Rz, B и КЛ (рис. 5). Периодограммы

на Солнце и выходящих за пределы поверхности

КДО демонстрируют существенное отличие вариа-

источника на расстояние, примерно равное 2R_⊙.

ций на Солнце (Rz) от вариаций в B и КЛ, которые

Тот факт, что 11-летние вариации солнечной ак-

близки между собой. На периодограмме Rz хорошо

565

ЖЭТФ, том 161, вып. 4, 2022

О воспроизведении вариаций солнечной активности. ..

Таблица 2. Распределение мощности вариаций в диапазонах 11-летнего цикла (120-150 мес), КДО (18-36 мес) и

ПТР (3-9 мес), %

Тип

MU_bal

MO_bal

вариации

11-летн.

100

КДО

0.23 ± 0.03

2.13 ± 0.23

3.37 ± 0.25

1.91 ± 0.15

2.37 ± 0.19

ПТР

0.074 ± 0.004

0.321 ± .014

0.155 ± .006

0.082 ± 0.003

0.115 ± 0.005

видны возмущения длительностью 2 года и более,

сти в диапазоне 2-40 мес по сравнению с превалиру-

тогда как на периодограммах B и КЛ остались толь-

ющим 11-летним циклом. Основные результаты сво-

ко возмущения с периодом меньше двух лет. Этим

дятся к следующему.

объясняется тот факт, что исследователи солнеч-

Временной ход параметров солнечной активнос-

ной активности обсуждают «квазидвухлетнюю ва-

ти и межпланетной среды, отнесенных к среднему

риацию», тогда как специалисты по КЛ утвержда-

значению за период июнь 1966 г.-декабрь 2019 г.,

ют, что в последние десятилетия наблюдались вари-

показывает, что масштаб (максимальный размах)

ации с периодом T = 1-1.6 года [36-38]. На Солнце

11-летних вариаций на Солнце в 2.5 раза больше,

должны были присутствовать квазидвухлетние про-

чем в B и в 5 раз больше, чем в КЛ. В свою очередь,

цессы, магнитный поток которых содержался толь-

масштаб вариаций в B вдвое больше, чем в КЛ.

ко в замкнутых петлях.

Коэффициент корреляции спектров мощностей

В периодограмме ПТР для Rz явно выделяет-

Rz и индукции B ММП для реальных и фильтрован-

ся максимум в районе T = 5 мес, который обсуж-

ных данных характеризует степень передачи возму-

дается во многих работах. Он сохраняется в B и

щения от Солнца к межпланетной среде. Она мак-

КЛ, но здесь появляются другие возмущенные пе-

симальна для 11-летнего цикла, который превали-

риоды, что говорит о несолнечном происхождении

рует в данных наблюдений. С уменьшением харак-

этих вариаций. Периодограммы КЛ сходны между

терного времени вариации коэффициент корреля-

собой (и с периодограммой для MO_bal, не показан-

ции между спектрами мощностей Rz и B уменьша-

ной на рис. 5), на них больше выражено возмущение

ется — передача возмущения от Солнца к межпла-

в области T ≈ 7 мес.

нетной среде падает.

КДО и ПТР принадлежат к примыкающим ча-

В спектрах мощностей реальных данных 11-лет-

стотным диапазонам и обладают сходными свой-

ний цикл превалирует во всех параметрах, но на

ствами (мультипиковость, переменчивость во време-

Солнце (Rz) КДО подавлены в 10 раз сильнее, чем

ни, независимость развития в северном и южном по-

в межпланетной среде (B, КЛ), и это должно быть

лушариях Солнца). Однако передача КДО и ПТР от

связано с процессами формирования открытого маг-

Солнца в межпланетную среду и их влияние на мо-

нитного потока Солнца, которые пока недостаточно

дуляцию КЛ совершенно различны. Если на перио-

изучены. Следует отметить, что этот вывод полу-

дограммах КДО в межпланетной среде отсутствуют

чен при использовании только одного индекса сол-

некоторые пики, присущие солнечной активности,

нечной активности Rz, который был выбран, исхо-

то в случае ПТР картина обратная — в районе бо-

дя из подобия КДО на разных уровнях солнечной

лее полугода видно значительное увеличение мощ-

атмосферы [5]. Соотношение амплитуды 11-летнего

ности в межпланетной среде по сравнению с ПТР

цикла и КДО/ПТР для других индексов солнечной

на Солнце. Таким образом, КДО и ПТР имеют раз-

активности может быть другим и требует дополни-

ную природу, которая в настоящее время далека от

тельного исследования.

понимания.

Мощность вариаций в диапазоне ПТР суще-

ственно меньше, чем в диапазоне КДО, ПТР силь-

5. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

нее подавлены на Солнце, они хуже, чем КДО, пере-

даются в межпланетную среду. Спектры мощностей

В работе исследованы особенности передачи в

КЛ для 11-летних вариаций и КДО прекрасно кор-

межпланетную среду вариаций солнечной активно-

релируют со спектром мощностей B, но для ПТР

567

Г. А. Базилевская, М. С. Калинин, М. Б. Крайнев и др.

ЖЭТФ, том 161, вып. 4, 2022

коэффициент корреляции падает примерно до 0.4.

Y.-M. Wang and N. R. Sheeley, Astrophys. J. 590,

Корреляция спектров мощностей ПТР между ряда-

1111 (2003).

ми КЛ достаточно высока (CC ≈ 0.7), но ниже, чем

N. S. Dzhalilov, J. Staude, and V. N. Oraevsky,

для 11-летних вариаций и КДО, где они приближа-

Astron. Astrophys. 384, 282 (2002).

ются к CC ≈ 1. Эти особенности является следстви-

ем того, что ПТР плохо передаются от Солнца в

10.

E. E. Benevolenskaya, Astrophys. J. 509, L49 (1998).

межпланетную среду и в них большой вклад вносят

11.

F. Inceoglu, R. Simoniello, R. Arlt, and M. Rempel,

местные условия.

Astron. Astrophys. 625, A117 (2019).

Тот факт, что КДО и ПТР не требуют специаль-

ных механизмов образования, поскольку полностью

12.

H. W. Babcock, Astrophys. J. 133, 572 (1961).

соответствуют поведению конвективной турбу-

13.

I. Kostyuchenko and E. Bruevich, Sol. Phys. 296, 8

лентной системы с одним основным периодом [28],

(2021).

не означает, что от исследования этих вариаций

можно отказаться. Они дают информацию для

14.

E. Rieger, G. Kanbach, C. Reppin et al., Nature 312,

623 (1984).

изучения процессов передачи вариаций солнечной

активности в межпланетную среду и модуляции

15.

J. Lean, Astrophys. J. 363, 718 (1990).

потоков галактических КЛ. Это делает КДО и ПТР

важным инструментом солнечно-земной физики.

16.

Yu.-Q. Lou, Yu.-M. Wang, Z. Fan et al., Month. Notes

Roy. Astron. Soc. 345, 809 (2003).

Благодарности. Мы благодарны нашим

17.

V. V. Lobzin, I. H. Cairns, and P. A. Robinson,

коллегам-сотрудникам лаборатории физики Солн-

Astrophys. J. Lett. 754, L28 (2012).

ца и космических лучей имени С. Н. Вернова

18.

M. Dimitropoulou, D. Strintzi, and X. Moussas, Proc.

(Долгопрудненской научной станции ФИАН),

IAU Symposium No. 257 (2008), p. 159.

которые многолетним трудом создали однород-

ные ряды данных о потоках заряженных частиц

19.

E. Gurgenashvili, T. V. Zaqarashvili, V. Kukhianidze

в атмосфере Земли, а также исследователям,

et al., Astrophys. J. 826, 55 (2016).

предоставляющим свободный доступ к данным

20.

H. V. Cane, I. G. Richardson, and T. T. von Rosen-

в Интернете: https://wwwbis.sidc.be/silso/datafiles

vinge, Geophys. Res. Lett. 25(24), 4437 (1998).

(Rz); https://omniweb.gsfc.nasa.gov/form/dx1.html

(данные по ММП); http://cosrays.izmiran.ru (данные

21.

H. Mavromichalaki, P. Preka-Papadema, I. Liritzis et

нейтронного монитора, Москва).

al., New Astron. 8, 777 (2003).

Финансирование. Работа выполнена в рамках

22.

T. V. Zaqarashvili and E. Gurgenashvili, Front.

бюджетного финансирования.

Astron. Space Sci. 5, 7 (2018).

23.

T. Bai, Astrophys. 404, 805 (1993).

ЛИТЕРАТУРА

24.

P. Chowdhury, M.-H. Gokhale, J. Singh, and

Y.-J. Moon, Astrophys. Space Sci. 361(2), 54 (2016).

1. Yu. I. Stozhkov, N. S. Svirzhevsky, G. A. Bazilevskaya

et al., Adv. Space Res. 44, 1124 (2009).

25.

T. Barlyaeva, J. Wojak, P. Lamy et al., J. Atmos.

Sol.-Terr. Phys. 177, 12 (2018).

2. J. M. Wallace, Rev. Geophys. Space Phys. 11, 191

(1973).

26.

P. R. Singh, C. M. Tiwari, S. L. Agrawal, and

T. K. Pant, Sol. Phys. 294, 118 (2019).

3. K. Maeda, J. Atmos. Sci. 24, 320 (1967).

27.

T. Bai and P. A. Sturrock, Astrophys. J. 409, 476

4. K. Sakurai, Nature 278, 146 (1979).

(1993).

5. G. Bazilevskaya, A.-M. Broomhall, Y. Elsworth, and

28.

P. Frick, D. Sokoloff, R. Stepanov et al., Month. Notes

V. M. Nakariakov, Space Sci. Rev. 186, 356 (2014).

Royal Astron. Soc. 491, 5572 (2020).

6. G. A. Bazilevskaya, M. S. Kalinin, M. B. Krainev et

29.

F. Plunian, G. R. Sarson, and R. Stepanov, Month.

al., J. Phys.: Conf. Ser. 632, 012050 (2015).

Notes Royal Astron. Soc. 400, L47 (2009).

7. M. Krainev, G. Bazilevskaya, M. Kalinin et al., Proc.

30.

Г. А. Базилевская, М. С. Калинин, М. Б. Крайнев

Sci., PoS (ICRC2015) 181 (2015).

и др., Косм. исслед. 54(3), 181 (2016).

568