The Relationship of Magnetospheric Parameters with Cosmic-Ray Cutoff Rigidities Depending on Latitude

O. A. Danilova; Данилова О. А.; N. G. Ptitsyna; Птицына Н. Г.; M. I. Tyasto; Тясто М. И.; V. E. Sdobnov; Сдобнов В. Е.

doi:10.31857/S0023420623010028

Взаимосвязь параметров магнитосферы с жесткостью обрезания космических лучей в зависимости от широты

Авторы: Данилова О.А.¹, Птицына Н.Г.¹, Тясто М.И.¹, Сдобнов В.Е.²
Учреждения:
1. Санкт-Петербургский филиал Института земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н.В. Пушкова РАН
2. Институт солнечно-земной физики Сибирского отделения РАН
Выпуск: Том 61, № 1 (2023)
Страницы: 21-30
Раздел: Статьи
URL: https://rjmseer.com/0023-4206/article/view/672692
DOI: https://doi.org/10.31857/S0023420623010028
EDN: https://elibrary.ru/FHYHNE
ID: 672692

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ
Доступ закрыт

Доступ предоставлен
Доступ закрыт

Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Мы изучили особенности широтного поведения геомагнитных порогов космических лучей R, а также их чувствительности к параметрам межпланетной среды и магнитосферы во время трех фаз магнитной бури 7–8.IX.2017 – в начальной, главной и восстановительной фазах. Для этого R были рассчитаны двумя разными способами – методом спектрографической глобальной съемки (R_сгс) и методом прослеживания траекторий частиц космических лучей (КЛ) в модельном магнитном поле (R_эф). Максимальное понижение порогов наблюдается в максимуме бури (Dst = −142 нТл), достигая значений ΔR_сгс = −0.52 ГВ и ΔR_эф = −0.66 ГВ. Кривая вариаций ΔR_сгс в зависимости от жесткости обрезания станции наблюдения (широты) принимает классическую форму с максимумом падения порогов на среднеширотных станциях. Наиболее сильно ΔR коррелирует с Dst-индексом, что свидетельствует о том, что кольцевой ток играет главную роль в зависимости вариаций жесткостей обрезания КЛ. Также видно значительное влияние на ΔR_сгс и ΔR_эф скорости солнечного ветра V и параметров межпланетного магнитного поля (ММП). На главной фазе ΔR_эф зависит от B и Bz ММП, а ΔR_сгс – от B и By. Для ΔR_сгс корреляция с электромагнитными параметрами изменяется в зависимости от станции наблюдения регулярным образом. Для ΔR_эф такой тенденции не наблюдается.

Список литературы

Dorman L.I. Elementary particle and cosmic ray physics. Elsevier. New York. 1963. 456 p.
Kress B.T., Hudson M.K., Selesnick R.S. et al. Modeling geomagnetic cutoffs for space weather applications // J. Geophys. Res. 2015. V. 120. № 7. P. 5694–5702. https://doi.org/10.1002/2014JA020899
Буров В.А., Мелешков Ю.С., Очелков Ю.П. Методика оперативной оценки уровня радиационной опасности, обусловленной возмущениями космической погоды, при авиаперевозках // Гелиогеофизические исслед. 2005. Вып. 7. С. 1–41.
Iucci N., Levitin A.E., Belov A.V. et al. Space weather conditions and spacecraft anomalies in different orbits // Space weather. 2005. V. 3. S01001. https://doi.org/10.1029/2003SW000056
Mask E. Starship: Earth to Earth in less than 60 minutes. // 68th International Astronautic Congress. Adelaide, Australia. 25–29 Sep. 2017.
Flueckiger E.O., Shea M.A., Smart D.F. On the latitude dependence of cosmic ray cutoff rigidiy variations during the initial phase of a geomagnetic storm // Proc. 20th Int. Conf. Cosmic Rays. August 1987. Moscow. USSR. 1987. V. 4. P. 2016–2020.
Antonova O.F., Baisultanova L.M., Belov A.V. et al. The longitude and latitude dependences of the geomagnetic cutoff rigidity variations during strong magnetic storms // Proc. 21st Int. Cosmic Ray Conf. January 1990. Adelaide, Australia. V. 7. P. 10–13.
Belov A., Baisultanova L., Eroshenko E. et al. Magnetospheric effects in cosmic rays during the unique magnetic storm on November 2003 // J. Geophys. Res. 2005. V. 110. A09S20. https://doi.org/10.1029/2005JA011067
Данилова О.А., Демина И.А., Птицына Н.Г. и др. Картирование жесткости обрезания космических лучей во время главной фазы магнитной бури 20 ноября 2003 г. // Геомагнетизм и аэрономия. 2019. Т. 59. № 2. З. С. 160–167. https://doi.org/10.1134/S0016794019020056
Яновский Б.М. Земной магнетизм. (4-ое издание). Изд. Ленинградского Университета, Ленинград. 1978. 592 стр.
Shea M.A., Smart D.F., McCracken K.G. A study of vertical cutoff rigidities using sixth degree simulations of the geomagnetic field // J. Geophys. Res. 1965. V. 70. P. 4117–4130.
Tsyganenko N.A. A model of the near magnetosphere with a dawn-dusk asymmetry: 1. Mathematical structure // J. Geophys. Res. 2002a. 107. A8. https://doi.org/10.1029/2001JA000219
Tsyganenko N.A. A model of the near magnetosphere with a dawn-dusk asymmetry: 2. Parametrization and fitting to observation // J. Geophys. Res. 2002b. 107. A8. https://doi.org/10.1029/2001JA000220
Dvornikov V.M., Kravtsova M.V., Sdobnov V.E. Diagnostics of the electromagnetic characteristics of the interplanetary medium based on cosmic ray effects // Geomagn. Aeron. (Engl. Transl.). 2013. V. 53, iss. 4. P. 430–440.
King J.H., Papitashvili N.E. Solar wind spatial scales in and comparisons of hourly Wind and ACE plasma and magnetic field data //JGR. 2005. V. 110. A02104. https://doi.org/10.1029/2004JA010649
Chertok I.M., Belov A.V., Abunin A.A. Solar Eruptions, Forbush Decreases and Geomagnetic Disturbances from Outstanding Active Region 12673// Space Weather. 2018. V. 16. P. 1549–1568. https://doi.org/10.1029/2018SW001899
Hajra R., Tsurutani B.T., Lakhina G.S. The Complex Space Weather Events of 2017 September // ApJ. 2020. V. 899. № 1. https://doi.org/10.3847/1538-4357/aba2c5
Kudela K., Bucik R. Low Energy Cosmic Rays and the Disturbed Magnetosphere // Proc. 2nd Int. Symp. SEE-2005. Nor-Amberd, Armenia. 2005. P. 57–62. https://arxiv.org/pdf/1303.4052.pdf
Левитин А.Е., Дремухина Л.А., Громова Л.И. и др. Генерация магнитного возмущения в период исторической магнитной бури в сентябре 1859 г. // Геомагнетизм и аэрономия. 2014. Т. 54. № 3. с. 324–332. https://doi.org/10.7868/S0016794014030110
Ganushkina N.Y., Liemohn M.W., Dubyagin S. Current systems in the Earth’s magnetosphere // Reviews of Geophysics. 2018. V. 56. P 309–332. https://doi.org/10.1002/2017RG000590
Borovsky J.E., Thomsen M.F., Elphic R.C. et al. The transport of plasma sheet material from the distant tail to geosynchronous orbit // J. Geophys. Res. 1998. V. 103. A9. P. 20297–20331.
Птицына Н.Г., Данилова О.А., Тясто М.И. и др. Влияние параметров солнечного ветра и геомагнитной активности на вариации жесткости обрезания космических лучей во время сильных магнитных бурь // Геомагнетизм и аэрономия. 2019. Т. 59. № 5. С. 569–577. https://doi.org/10.1134/S0016793219050098
Liemohn M.W., Kozyra J.U., Thomsen M.F. et al. Dominant role of the asymmetric ring current in producing stormtime Dst // J. Geophys. Res. 2001. V. 106. A6. P. 10.883–10.904. https://doi.org/10.1029/2000JA000326
Burton R.K., McPherron R.L., Russell C.T. An empirical relationship between interplanetary conditions and Dst // J. Geophys. Res. 1975. V. 80. Is. 31. P. 4204–4214. https://doi.org/10.1029/JA080i031p04204
Siscoe G.L., McPherron R.L., Jordanova V.K. Diminished contribution of ram pressure to Dst during magnetic storms // J. Geophys. Res. 2005. V. 110 P. A12227. https://doi.org/10.1029/2005JA011120
DuByagin S., Ganushkina N., Kubyshkina M. et al. Contribution from different current systems to SYM and ASY midlatitude indices // J. Geophys. Res. 2014. V. 119. P. 7243–7263. https://doi.org/10.1002/2014JA020122
Ohtani S., Nose M., Rostoker G. et al. Storm-substorm relationship:Contribution of the tail current to Dst // J. Geophys. Res. 2001. V. 106. A10. P. 21199–21209. https://doi.org/10.1029/2000JA000400
Turner N.E., Baker D.N., Pulkkinen T.I. et al. Evaluation of the tail current contribution to Dst // J. Geophys. Res. 2000. V. 105. № A3. P. 5431–5439. https://doi.org/10.1029/1999JA000248
Птицына Н.Г., Данилова О.А., Тясто М.И. и др. Динамика жесткости обрезания космических лучей и параметров магнитосферы во время различных фаз бури 20 ноября 2003 г. // Геомагнетизм и аэрономия. 2021. Т. 61. № 2. С. 160–171. https://doi.org/10.31857/S0016794021010120
Птицына Н.Г., Данилова О.А., Тясто М.И. Kорреляция жесткости обрезания космических лучей с параметрами гелиосферы и геомагнитной активности на разных фазах магнитной бури в ноябре 2004 г. // Геомагнетизм и Аэрономия. 2020. Т. 60. № 3. С. 281–292. https://doi.org/10.31857/S0016794020020145
Adriani O., Barbarino G.C., Bazilevskaya G.N. et al. PAMEL-A’s measurements of geomagnetic cutoff variations during the 14 December 2006 storm // Space weather. 2016. V. 14. № 3. https://doi.org/10.1002/2016SW001364
Shen C., Xu M., Wang Y. et al.. Why the Shock-ICME Complex Structure Is Important: Learning from the Early 2017 September CMEs // The Astrophysical Journal. 2018. V. 861. № 1. pp. 861–960. https://doi.org/10.3847/1538-4357/aac204
Scolini C., Chane E., Temmer M. et al. CME-CME Interactions as Sources of CME Geoeffectiveness: The Formation of the Complex Ejecta and Intense Geomagnetic Storm in 2017 Early September // Astrophysical Journal Supplement Series. 2020. V. 247(1). https://doi.org/10.3847/1538-4365/ab6216