Известия РАН. Серия физическая, 2021, T. 85, № 8, стр. 1177-1179

ВВЕДЕНИЕ

Исследование поведения высокоэнергичных магнитосферных электронов с энергией >2 МэВ на геостационарной орбите является актуальной задачей физики магнитосферы и космической погоды. Известно, что именно эти частицы представляют собой наибольшую опасность для функционирования как геостационарных, так и низкоорбитальных спутников с большим наклонением орбит [1–4]. Геостационарные спутники имеют много различий в конструкции, компонентах, средствах защиты от воздействия факторов космического пространства и операционных процедур. Некоторые спутники могут быть более восприимчивы к воздействию факторов космической среды, в частности, космической радиации, чем другие, но эта информация, как правило, недоступна. В связи с этим установить общий уровень опасности высокоэнергичных электронов для всех геостационарных спутников очень сложно. Большинство аномалий вызваны накоплением заряда внутри электронных компонентов, связанным с воздействием электронов высоких энергий [5]. В данной работе мы считали опасным электронное возрастание, когда суточный флюенс превосходил 10⁸ электронов ∙ (см² ∙ ср ∙ сут)^–1.

Исследование поведения высокоэнергичных магнитосферных электронов в циклах солнечной активности важно для проектирования космических аппаратов при расчете срока активного существования, т. к. для этого необходимо сделать оценки уровня основных негативных факторов космического пространства на ближайшие 10–15 лет, а значит иметь информацию о поведении высокоэнергичных электронов за длительный период [6].

КОЛИЧЕСТВО ЭЛЕКТРОННЫХ ВОЗРАСТАНИЙ В ЦИКЛАХ СОЛНЕЧНОЙ АКТИВНОСТИ

Для исследования была создана база данных, включающая в себя значения потока высокоэнергичных электронов на геостационарной орбите с энергией >2 МэВ. Данные по высокоэнергичным электронам с космических аппаратов GOES взяты из базы данных OMNI [7].

По измерениям серии спутников GOES был составлен каталог электронных возрастаний за 1987–2015 гг., в который вошли возрастания, где суточный флюенс превосходил 10⁸ электронов ∙ · (см² ∙ ср ∙ сут)^–1.

Построим количество электронных возрастаний Ne по нашей выборке электронных возрастаний в циклах солнечной активности, представленных по числу солнечных пятен SSN, и количество корональных геоэффективных дыр CH [8] (рис. 1). Видно, что наибольшее количество электронных возрастаний происходит на фазе спада солнечной активности, когда геоэффективных корональных дыр тоже больше. На фазах спада и минимума солнечной активности существенно возрастает количество корональных дыр, являющихся источником высокоскоростного солнечного ветра [9], а высокоскоростной солнечный ветер приводит к повышению уровня магнитосферных высокоэнергичных электронов [6].

Рис. 1.

Изменение количества электронных возрастаний и количества геоэффективных корональных дыр в 22–24 циклах солнечной активности: а – количество электронных возрастаний, б – количество солнечных пятен, в – количество геоэффективных корональных дыр.

Можно сравнить количество электронных возрастаний в 2003–2015 гг. с площадью корональных дыр [10] (рис. 2). Видно, что в целом наблюдается хорошее соответствие поведения количества электронных возрастаний и площади геоэффективных корональных дыр в 2003–2015 гг.

Рис. 2.

Изменение количества электронных возрастаний и площади корональных дыр в 2003–2015 гг.: а – количество электронных возрастаний, б – площадь геоэффективных корональных дыр.

В табл. 1 представлены результаты расчета количества электронных возрастаний на разных фазах солнечной активности. Видно, что количество электронных возрастаний в минимумах 22 и 23 циклов (39 и 55 возрастаний) значительно превосходит количество электронных возрастаний в максимумах циклов (25 и 31 возрастание). В максимуме 24 цикла зарегистрировано 51 возрастание, однако максимум самого цикла ниже по сравнению с предыдущими циклами.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На основе базы данных высокоэнергичных магнитосферных электронов с энергией >2 МэВ на геостационарной орбите получено их изменение в 22–24 циклах солнечной активности. Показано, что на фазы спада приходится максимальное количество возрастаний электронов на геостационарной орбите. Количество электронных возрастаний в цикле солнечной активности хорошо коррелирует с количеством корональных геоэффективных дыр. Количество электронных возрастаний в минимумах 22 и 23 циклов значительно превосходит количество электронных возрастаний в максимумах циклов.

Работа выполнена при поддержке Комитета науки Министерства образования и науки Республики Казахстан (грант № АР08855916) и Российского научного фонда (проект № 20-72-10023).