Известия РАН. Серия физическая, 2021, T. 85, № 5, стр. 753-756

ВВЕДЕНИЕ

С июля 2018 г. наблюдался самый спокойный период в минимуме cолнечной активности (СА) 24-го солнечного цикла. На этом фоне резко выделяется первая половина мая 2019 г. С 28 апреля по 17 мая на фоне глубокого минимума СА имело место примечательное событие, особенностью которого являлось небольшое (до 4%), но продолжительное понижение интенсивности космических лучей (КЛ), измеряемой нейтронными мониторами (в течение ~10 сут). Такое понижение считается относительно небольшим изменением интенсивности в целом, однако достаточно необычным и достойным внимания в условиях минимума СА. Это хорошо иллюстрируют вариации КЛ на станции Москва, показанные на рис. 1 (верхняя панель).

Рис. 1.

Вариации космических лучей на среднеширотной станции Москва в 2019 г. (а); вариации потока космических лучей на орбите Земли (1), на орбите Марса (2) и вариации потока электронов Юпитера, зарегистрированных на орбите Земли (3) в мае 2019 г. (б).

Подобные события редки: похожее событие наблюдалось в сентябре 1979 г. [1], однако с намного бỏльшим понижением интенсивности КЛ (более 10%), что является характерным для максимума СА. Несмотря на это, событие сентября 1979 г. в каком-то смысле стандартное по сравнению с событием мая 2019 г. Определенное сходство с событием мая 2019 г. удалось найти еще в нескольких случаях – в апреле 1980, в июле 2000 и июле 2006 г. с амплитудами 6, 11 и 3.5% соответственно. Первые два наблюдались в максимуме СА, последнее – в конце максимума – на спаде СА.

Исследуемое явление, возможно, имеет глобальный характер. Зная расположение Марса и Юпитера относительно Солнца в начале мая, можно предположить, что выбросы в мае 2019 г. могли влиять также на поток на орбите этих планет. Вариации КЛ на Земле, Марсе и юпитерианские электроны, зафиксированные вблизи Земли, представлены на рис. 1.

Поскольку Марс находился напротив восточного лимба, в результате мощного солнечного события 28 апреля в начале мая на RAD-детекторе [2, 3] на Марсе вероятность значительного ФП была выше, чем у Земли. На марсианском детекторе вариации имели в целом ту же временную зависимость и примерно такую же величину, что и вблизи земли для 10 ГВ. Однако 9–10 и 21–22 мая на RAD-детекторе наблюдалось ФП со значением 2–3%, что свидетельствует о глобальном характере изучаемых явлений.

Вариации электронного потока Юпитера вблизи орбиты Земли на порядок больше, чем вариации потока протонов 10 ГВ, и временной ход повторяется в первой половине мая. Однако, как следует из рис. 1, Земля и Юпитер в тот момент находились не на одной силовой линии. И это также свидетельствует в пользу глобального снижения интенсивности КЛ.

Подробное описание детектора RAD и прибора SOHO/EPHIN можно найти в [2, 4] а так же в данных базы [3, 5] соответственно. Вариации потока юпитерианских электронов вблизи орбиты Земли на порядок превышают вариации потока 10 ГВ частиц, и временной ход в первой половине мая для них в значительной мере схож.

ПАРАМЕТРЫ СОЛНЕЧНОГО ВЕТРА

По данным SMC [6] 28 апреля по 12 мая было зафиксировано 13 из 38 значительных выбросов наблюдавшихся с июля 2018 по декабрь 2019, что составляет ~35%. Все 13 выбросов исходили из двух областей, которые существовали долгое время в активном состоянии. Регулярные выбросы не давали возможности восстановиться КЛ и поддерживали процесс понижения.

Наиболее сильные выбросы из этих активных областей по данным SOHO [5] наблюдались с 28 апреля по 12 мая 2019 г. 28 апреля был выброс за западным лимбом. Этот выброс не в одиночку создал понижение, в это время пришло возмущение, созданное потоком плазмы из корональной дыры, наблюдавшейся в центре солнечного диска 27 апреля. Затем был значительный выброс 30 апреля, представлявший на коронографе обратное гало. Следующий выброс наблюдался за восточным лимбом 1 мая. Далее с 3 мая по 5 мая наблюдался ряд выбросов на восточном лимбе, которые, в свою очередь, дали ФП 6, 7 и 8 мая. Выброс на востоке видимого солнечного диска зафиксирован 6 мая, а 9 мая небольшое ФП. Выбросы в видимой восточной части солнечного диска 8 и 9 мая дали 10 и 11 мая ряд ФП. Такие непрерывные выбросы не давали возможности восстановиться КЛ. Только после 12 мая восстановление стало возможным, так как несколько дней значимых процессов не наблюдалось. Достаточно большой выброс в виде прямого гало наблюдался 12 мая, который привел к ФП 16 мая, не дав до конца восстановиться КЛ. После 13 мая событий не наблюдалось, и КЛ начали восстанавливаться с 17 мая и восстановились к 26 мая. Продолжительность такого сложного события составила около 25 сут. Это говорит об изменениях характеристик межпланетной среды в масштабах гелиосферы.

МЕТОДИКА ВЫДЕЛЕНИЯ ФОРБУШ-ЭФФЕКТОВ

Список выделенных ФП приведен в табл. 1. На рис. 2 показана плотность космических лучей в мае 2019 г., найденная глобально спектрографическим методом [7] по данным мировой сети нейтронных мониторов. Методику выделения ФП рассмотрим на примере события 1 мая, где амплитуда понижения достигала 0.9%. Каждое событие определялось по изменению различных параметров, главным образом составляющих магнитного поля, скорости солнечного ветра, плотности и температуры. На рис. 2 (вставка) видно увеличение скорости ветра, а также некоторое увеличение других параметров. Затем происходит некоторое снижение всех показателей, которое сменяется другим ростом, что свидетельствует о следующем ФП. Таким образом, мы получаем ФП с последующим восстановлением. Сопоставляя изменения характеристик солнечного ветра с вариациями плотности КЛ, мы можем выделить ФП. Этот же метод применяется для всех других событий.

Рис. 2.

Плотность космических лучей в мае 2019 г. (стрелки – все Форбуш эффекты, которые в совокупности представляют собой понижение в мае 2019 в соответствии с табл. 1) (а); параметры солнечного ветра по данным базы Форбуш-эффектов FDS для события 1 мая 13:00 (амплитуда 0.9%), где V – скорость солнечного ветра, B, B_x, B_y, B_z – полный вектор магнитного поля и его компоненты (б); фрагмент плотности космических лучей для иллюстрации методики выделения события 1 мая 2019 г. на основании изменений параметров солнечного ветра по данным базы Форбуш-эффектов [8] (в).

Анализ характеристик солнечного ветра [8] позволяет установить, что из-за значительной частоты выбросов, следовавших один за другим, КЛ не успевали восстановиться, сформировав ряд ФП, приведших к общему понижению. Внутри выбросов плотность солнечного ветра, а главное, напряженность ММП достигает больших значений, чем обычно. Намагниченная плазма закрывает силовые линии для КЛ некоторых направлений, уменьшая число регистрируемых частиц. Выбросы 8 мая за восточным лимбом, по-видимому, участвовали в понижении интенсивности КЛ; не достигнув Земли, они, тем не менее, влияли на скорость счета нейтронных мониторов. Возмущения солнечного ветра от выбросов в сторону Земли 12 и 13 мая привели к понижению КЛ 16–17 мая. Это понижение можно видеть на всех нейтронных мониторах.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Гипотезу серии небольших событий, удачно следовавших друг за другом, подтверждает анализ, проведенный глобально спектрографическим методом и позволивший выделить отдельные события серии.

В минимуме СА (в апреле–мае 2019 г.) произошел всплеск солнечной активности. Если бы первый из серии CME направлялся к Земле, на ней наблюдалось бы, возможно, самый большое ФП в цикле.

На Земле может отмечаться влияние выбросов, которые до Земли не доходят, особенно, восточных. КЛ собираются с большого объема, и мы видим по данным нейтронных мониторов отклик на события, близкие к лимбу или даже восточнее его.

Работа выполнена с использованием оборудования УНУ “Сеть СКЛ”.