Известия РАН. Серия физическая, 2019, T. 83, № 5, стр. 625-627

ВВЕДЕНИЕ

Форбуш-понижением (ФП) называют изменение плотности и анизотропии космических лучей (КЛ) в крупномасштабных неоднородностях солнечного ветра [1–4]. ФП могут быть рекуррентные, вызванные высокоскоростными потоками из корональных дыр (Coronal Holes – CHs), или спорадические, вызванные межпланетными неоднородностями (Interplanetary Coronal Mass Ejections – ICMEs), связанными с корональными выбросами массы (Coronal Mass Ejections – CMEs). Как правило, во время ФП интенсивность КЛ относительно быстро убывает, а за понижением следует более медленное восстановление (в течение нескольких дней). В настоящей работе мы исследовали изменение ФП в течение длительного времени – с 1957 по 2015 г. Результаты исследований количества и величины ФП на разных интервалах этого периода представлены во многих работах [например, 4–6]. В работе [4] проводилось сравнение количества ФП разной величины (больше 3% и больше 5%) в солнечных циклах 19–23. В частности, было получено, что, хотя максимальное число солнечных пятен в 20 и 23-м циклах примерно одинаково, количество ФП в этих циклах отличается более чем в 2 раза, причем большие ФП в 23-м цикле появляются чаще, чем в любом другом цикле исследуемого периода. Особый интерес вызывает сравнение количества и величины ФП для различных фаз солнечной активности в двух последних солнечных циклах [7, 8]. Так, в работе [7] было показано, что 31% событий в 23-м цикле и только 17% событий в 24-м цикле имели амплитуду больше 3%. В настоящей работе представлены результаты исследования параметров ФП в солнечных циклах 19–24.

ДАННЫЕ О ФП И МЕТОДЫ

Мы использовали параметры ФП из базы данных форбуш-эффектов и межпланетных возмущений http://spaceweather.izmiran.ru/eng/dbs.html, созданной и поддерживаемой сотрудниками ИЗМИРАН. За величину ФП (A_F) принималось максимальное значение вариации плотности КЛ, вычисленной методом глобальной съемки по данным мировой сети нейтронных мониторов для частиц с жесткостью 10 ГВ [9]. В качестве параметров ФП использовались также максимальные (за время события) значения модуля почасового уменьшения плотности КЛ (скорость понижения – |D_min|) и экваториальной составляющей анизотропии КЛ (Axy_max). Кроме того, использовались параметры, характеризующие временнóе развитие ФП, а именно, интервалы времени между началом возмущения и максимальным значением: вариации плотности КЛ (продолжительность основной фазы ФП – T_min) и модуля почасового уменьшения плотности КЛ (${{T}_{{{{D}_{{\min }}}}}}$). Мы рассматривали две группы событий, выбранные из базы данных за период времени 1957–2015 гг.: все ФП (группа Full, 7021 событие) и изолированные, то есть, вызванные только одним источником, ФП (группа Sample, 4692 события). Внутри каждой группы выбирались события в разных солнечных циклах (подгруппы SC 19, …, SC 24), максимумах (Max 23 и Max 24) и последнем минимуме (Min 23–24) солнечной активности. Большое количество событий (данные приведены в таблице) позволило применять статистические методы анализа и обработки данных.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

На рис. 1 показаны все ФП с 1957 по 2015 г. (7021 событие) с привязкой по годам, а на рис. 2 – ежегодные значения медианы распределения величины ФП за тот же период. На обоих рисунках проявляется связь величины ФП с изменениями солнечной активности. Из рис. 1 следует, что наибольшая изменчивость вариаций КЛ наблюдается в фазах максимума солнечной активности, видны резкие выбросы величины ФП, наблюдавшиеся в эти годы. Особенно интересна эта информация для 19-го цикла, когда еще не было наблюдений CMEs и данные по солнечному ветру отрывочны и недостаточно надежны, но ФП большой величины уверенно свидетельствуют о наличии мощных ICMEs. На рис. 2 видно, что медианные значения величины ФП в 1.5–2 раза выше в годы высокой солнечной активности, чем при низкой активности, причем самое большое значение отмечается в максимуме 19-го цикла (2.1%). Кроме того, из рис. 2 видно, что в последнем минимуме величина ФП упала ниже (0.9%), чем во время других минимумов, и это падение держалось дольше. Возможно ФП во время этого минимума вызваны, главным образом, высокоскоростными потоками из корональных дыр [10], и/или пониженное значение величины ФП – следствие уменьшения межпланетного магнитного поля, вызванного аномальным расширением CMEs [11].

Рис. 1.

Величина форбуш-понижений с привязкой по годам для всех событий, 1957–2015 гг. (7021 событие).

Рис. 2.

Ежегодные значения медианы распределения величины форбуш-понижений, 1957–2015 гг.

В табл. 1 также представлены средние значения пяти параметров ФП для шести солнечных циклов, двух последних максимумов и минимума, а также рекуррентных (группа CH) и спорадических (группа CME) ФП (данные по двум последним группам взяты из работы [10]). Циклы 19 и 24 представлены не полностью, так как исследуемый период начинается с 1957-го и заканчивается 2015-м годом. Рассчитанное стандартное отклонение параметров в таблице не представлено, но учитывалось при интерпретации данных. Для полных циклов, представленных в таблице, самое большое количество ФП наблюдалось в цикле 23 (1430), самое маленькое – в цикле 20 (1222). Количество ФП в максимумах циклов 23 (513) и 24 (511) больше, чем в минимуме между циклами (425). Полученные результаты согласуются с работами [4, 7]. Результаты, представленные в таблице, показывают, что среднее значение длительности основной фазы ФП значимо меньше в максимумах циклов 23 (16.7 ч) и 24 (13.6 ч), чем в минимуме между циклами (21.2 ч). При этом длительность ФП в минимуме практически совпадает со значением для рекуррентных ФП (21.8 ч), а в максимуме цикла 23 – для спорадических ФП (16.1 ч). В максимуме цикла 23 величина ФП (2.41%) и скорость понижения (0.35%/ч) значимо больше, чем в последнем минимуме (соответственно, 1.96% и 0.26%/ч), причем скорость понижения в минимуме равна скорости понижения для группы CH. Таким образом, понижение плотности КЛ в событиях максимума цикла 23 и группы СМЕ развивается быстрее, и минимум ФП, более глубокий, достигается раньше, чем в событиях последнего минимума и группы СН. Что касается анизотропии КЛ, то наблюдается постепенное уменьшение средней анизотропии от 19-го цикла (1.44%) к 24-му (1.21%). Максимальное среднее значение анизотропии наблюдалось в максимуме цикла 23 (1.49%), минимальное – в последнем минимуме (0.95%). Полученные результаты подтверждают выдвинутую ранее гипотезу, что в последнем минимуме преобладают рекуррентные ФП, а в максимуме цикла 23 большая часть ФП имеет спорадический характер.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Связь с солнечной цикличностью проявляется для всех параметров ФП. В фазах максимума солнечной активности наблюдается наибольшая изменчивость и наибольшие медианные значения величины ФП. Анизотропия КЛ постепенно уменьшается от 19-го цикла к 24-му; в максимумах циклов 23 и 24 анизотропия значимо больше, чем в минимуме между циклами. Понижение плотности КЛ в максимумах циклов развивается быстрее и минимум ФП, более глубокий, достигается раньше, чем при низкой солнечной активности. Параметры ФП в максимуме цикла 23 близки к параметрам ФП спорадических событий, в минимуме между циклами 23 и 24 – к параметрам рекуррентных событий.

Авторы благодарны коллективам мировой сети станций космических лучей, обеспечивающим данные непрерывной регистрации нейтронной компоненты: http://cr0.izmiran.ru/ThankYou, http:// www.nmdb.eu/.