Известия РАН. Серия физическая, 2019, T. 83, № 5, стр. 631-634

ВВЕДЕНИЕ

Мюонный годоскоп УРАГАН [1], состоящий из четырех супермодулей, предназначен для регистрации потока атмосферных мюонов в широком диапазоне зенитных углов (от 0° до 80°). В режиме непрерывной регистрации используются три супермодуля (СМ): СМ1, СМ3 и СМ4 (площади регистрации 11.02, 10.73 и 10.73 м² соответственно). Данные о двумерном угловом распределении мюонов записываются в виде непрерывных одноминутных кадров. Время начала и конца кадра каждого СМ задается по минутным меткам системы ГЛОНАСС. В начале каждого кадра проводится мониторинг регистрирующей системы, а затем регистрация потока мюонов. “Живое” время регистрации T_live составляет 87–89% от полного времени кадра и зависит от интенсивности потока мюонов [2].

1. ФОРМАТ ДАННЫХ ГОДОСКОПА УРАГАН

При реконструкции трека частиц определяются проекционные углы (θ_Y и θ_X), а также зенитный и азимутальный углы (θ и φ) в лабораторной системе координат (азимутальный угол направления на юг: φ_South = 34.726°).

Для подсчета количества зарегистрированных и реконструированных треков по отдельным направлениям используются матрицы двух типов с размерностью 91 × 91 ячеек: M [θ, φ] и M [tg θ_Y, tg θ_X]. Ячейки матрицы M [θ, φ] имеют фиксированные угловые размеры: Δθ = 1°, Δφ = 4°. Для ячеек матрицы M [tg θ_Y, tg θ_X] размер фиксирован в тангенсах проекционных углов: Δ tg θ_{Y, X} = tg 80°/45.5, центральная ячейка этой матрицы соответствует вертикальному направлению. Данные минутных кадров отдельных супермодулей, содержащих результаты мониторинга, данные датчика атмосферного давления, матрицы угловых распределений и “живое” время регистрации собираются в общий минутный кадр годоскопа УРАГАН, сохраняются и используются для последующей обработки.

Барометрическая коррекция количества событий в ячейках часовых и 24-часовых матриц проводится с учетом среднего атмосферного давления в этих временных интервалах и индивидуальных для каждого супермодуля барометрических коэффициентов, зависящих от зенитного угла. После барометрической коррекции матрицы отдельных супермодулей суммируются, и формируются объединенные часовые и 24-часовые матрицы. Так как проекционные углы θ_Y и θ_X у СМ1, СМ3 и СМ4 направлены по-разному (из-за индивидуальной ориентации системы координат супермодулей), то перед объединением матрицы для СМ1 и СМ4 переориентируются по θ_Y и θ_X одинаковым образом с СМ3.

В дальнейшем используются только объединенные матрицы. Проводится аппроксимация объединенных часовых матриц M [θ, φ] и 24-часовых матриц M_N [θ, φ] функцией вида C cos^αθΔΩ (ΔΩ – телесный угол ячейки матрицы) в диапазоне зенитных углов от 0° до 76°. Результатом аппроксимации являются значения C, α и C_N, α_N. Объединенные матрицы M [tg θ_Y, tg θ_X] и M_N [tg θ_Y, tg  θ_X] сглаживаются, формируется матрица изменений углового распределения, в ячейках которой содержится отклонение числа событий в единицах статистической погрешности [2]. Дополнительно формируется матрица изменений с коррекцией формы углового распределения, для чего используются значения C, α и C_N, α_N (подробнее этот процесс описан в работе [2]). На рис. 1а и 1б представлены матрицы изменений без коррекции и с коррекцией. Затем на матрицах изменений выделяются области (не более десяти) с отклонением больше 3 сигм (рис. 1б). Эти области обозначаются как области деформаций.

Рис. 1.

Последовательно сверху вниз: а – часовые матрицы изменений углового распределения зарегистрированного потока частиц в единицах статистической погрешности. Слева – без коррекции формы углового распределения, справа – с коррекцией; б – те же часовые матрицы с выделенными областями деформаций; в – GSE-отображение матрицы изменений потока частиц с коррекцией углового распределения и выделенными областями деформации.

2. ТРАНСФОРМАЦИЯ ДАННЫХ В GSE-СИСТЕМУ КООРДИНАТ

С помощью предварительно рассчитанных асимптотических направлений угловые координаты ячеек матриц изменений из лабораторной системы отображаются в систему координат GSE (Geocentric Solar Ecliptic) [2] (рис. 1в).

Для каждой области деформации вычисляются: размер телесного угла в системе GSE, GSE-широта и GSE-долгота пикового значения отклонения и его величина в единицах статистической погрешности, пиковое значение деформации в процентах и его угловые координаты (θ, φ) в лабораторной системе координат. Временные ряды характеристик выделенных областей деформаций сохраняются. Эти ряды используются для построения графиков GSE-долготы направлений пиковых значений областей и питч-угла (угла в GSE-системе между направлением пикового значения области и направлением линии межпланетного магнитного поля при скорости солнечного ветра 400 км · с^–1) в зависимости от времени. Размер точек на графиках зависит от размера телесного угла области деформации, а цвет – от величины пикового значения отклонения внутри области. На всех графиках отображаются только области с размером телесного угла более 0.02 ср. На графиках с GSE-долготой отображаются только области с GSE-широтой менее 80°, на графиках с питч-углом отображаются области без ограничения по GSE-широте.

На рис. 2 представлены GSE-долготы пиковых значений найденных областей деформаций по матрицам изменений без коррекции (рис. 2б) и с коррекцией (2а) углового распределения с 6 по 16 февраля 2018 г. (12-го февраля 2018 г. на Солнце произошел корональный выброс масс, направленный в сторону Земли).

Рис. 2.

GSE-долготы пиковых значений областей деформаций, выделенных по матрицам изменений: а – с коррекцией углового распределения; б – без коррекции; в – питч-углы пиковых значений областей деформаций, выделенных по матрицам изменений с коррекцией углового распределения.

На рис. 2в представлены питч-углы пиковых значений найденных областей деформаций по матрицам изменений с коррекцией углового распределения с 6 по 16 февраля 2018 г.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

С помощью мюонного годоскопа УРАГАН можно отслеживать модуляции не только интегральной интенсивности потока мюонов и интегральных характеристик вектора анизотропии [2], но также анализировать во времени изменения внутри самого углового распределения потока мюонов, вызванные воздействиями неоднородностей межпланетного магнитного поля на поток заряженных первичных космических лучей. С помощью предложенного способа визуализации областей анизотропии в угловом распределении мюонов и их отображении в матричном виде в GSE-системе координат можно анализировать глубину деформации, зенитный и азимутальный углы центров областей в локальной системе, долготу и широту в GSE-системе. Временной ряд часовых кадров данных МГ УРАГАН дает возможность изучения динамики развития областей анизотропии и изучения вызвавших их процессов в гелиосфере.

Работа выполнена в Научно-образовательном центре НЕВОД при поддержке РНФ (грант № 17-17-01215).