новременно зарегистрировали форбуш-эффект в виде резкого уменьшения интенсивности потока галактических частиц. Этот форбуш-эффект был обусловлен корональным выбросом потока плазмы, который, приблизившись к орбите Земли, вызвал увели-

Рис. 3.3. Интегральный поток ГКЛ, зарегистрированный НМ ИЗМИРАН (верхний рисунок) и мюонным годоскопом ТЕМП в период 14−16 июля 2000 г. Пик в данных НМ соответствует СПС 14 июля (10:30 UT)

чение порога геомагнитного обрезания и как следствие – уменьшение числа частиц, преодолевших возросшее магнитное поле.

Следует отметить, что ни один мюонный телескоп из мировой сети также не зарегистрировал какого-нибудь всплеска интенсивности в день Бастилии. Это могло свидетельствовать о жестком энергетическом спектре СКЛ (мало частиц высоких энергий в полном потоке) либо вообще об отсутствии высокоэнергичных частиц в данной вспышке. Ниже будет проведен более детальный анализ этого события.

3.3. Регистрация СКЛ по матричным данным

Для проверки возможности регистрации направленного потока протонов от солнечной вспышки был проведен анализ матричных данных ТЕМПа для события большой мощности, произошедшего 14.07.2000 г. Оно даже получило специальное название −

72

День Бастилии. Для увеличения статистики по отдельным направлениям рассматривалась интенсивность мюонов в укрупненных ячейках матриц с различным шагом усреднения. Анализ показал, что в одной из ячеек матрицы (размер 8°×8°) во временном ряду из

западного направления под зенитным углом θ = 60° ± 4° присутствовал всплеск продолжительностью 3 минуты. В течение трех последовательных одноминутных интервалов было обнаружено аномальное превышение в счете мюонов, совпадающее по времени с данными нейтронных мониторов. При среднем счете во временном

ряду Nμ =112 (для трех минутных интервалов) значение в им-

пульсе оказалось равно 162, что соответствует превышению на величину 4,6 среднеквадратичного отклонения.

Напомним, что интенсивность временного ряда в определенном угловом направлении (фиксированные значения x, y или i,

k) формируется как полное число срабатываний различных счетчиков в четырехкратных совпадениях при определенной позиционной комбинации разности их номеров в верхних и нижних координатных плоскостях (раздел 1.3). Это практически исключает случайную возможность имитации всплеска СКЛ. Кроме того, контроль статистической частоты срабатывания отдельных счетчиков показал, что аппаратура в это время работала в штатном режиме, без каких-либо сбоев.

Оказалось, что одновременно в европейском ядерном центре (ЦЕРН, Швейцария) проводился комплексный эксперимент на установке L3+C, предназначенной для спектрометрирования (в диапазоне импульсов 15 – 2000 ГэВ/с) заряженных частиц как от ускорителя, так и в потоке КЛ. Аппаратура расположена в подземной лаборатории и экранирована сверху грунтом, толщиной

30 м.

В день Бастилии (14.07.2000 г.) в спектрометре, в узком интервале углов (под зенитным углом θ ≈ 30°) зарегистрирован тоже всплеск, совпадающий по времени с данными нейтронных мониторов мировой сети. На рис. 3.4 приведены данные ТЕМПа и L3+C для временных рядов счета мюонов в узком угловом интервале. Видны синхронные по времени всплески: на поверхности Земли в Москве (θ ≈ 60°) и в ЦЕРНе (θ ≈ 30°). Разница в зенитных углах

73

связана с различными географическими положениями аппаратуры при одинаковом направлении потока частиц СКЛ. Азимутальные углы в обоих случаях имеют западное направление и не совпадают с линией для равновесного ММП (спираль Архимеда). Причина больших азимутальных углов связана с изменением топологии ММП за счет присутствия в окрестности Земли магнитного отражателя в виде облака КВВ, которое успело распространиться от предыдущей эрупции, произошедшей на трое суток раньше – 13:59 UT, 11.07.2000 г.

По данным авторов эксперимента L3+C, для диапазона энергий зарегистрированных мюонов (15–25 ГэВ) энергетический диапазон СКЛ (на уровне 85% всей статистики) лежит в интервале 40 – 100 ГэВ. Оценка интегрального потока СКЛ представлена величиной:

I (Ep ≥ 40ГэВ)≤ 2,8×10−3 см−2с−1ср−1.

Результаты расчета энергии протонов были получены с помощью программы CORSIKА для жесткого степенного спектра протонов с показателями энергетического спектра γ = −6,0 .

Рис. 3.4. Сопоставление дифференциального (по зенитному углу) счета мюонов в течение суток 14.07.2000 г.: вверху − данные установки L3+C (ЦЕРН); внизу – данные установки ТЕМП (МИФИ). Пунктир – уровень трех среднеквадратичных отклонений

74

Оценка средней энергии протонов СКЛ, зарегистрированных в ТЕМПе, получилась близкой к величине 50 ГэВ. Это значение также рассчитано с помощью программы CORSIKА (последняя модификация V6.501) при γ = −6,0 под зенитным углом θ = 60° и

пороговой энергией регистрации мюонов εμ = 0,4 ГэВ. Экспери-

ментальные данные по превышению счета мюонов во время вспышки Nμ позволили оценить поток мюонов, который оказал-

ся равным:

jμ = (3,8 ± 0,6)×10−4 см−2с−1ср−1.

Величина jμ получена с учетом формулы для дифференциальных измерений:

Nμ = jμ ×S ×ΔΩ× t ,

где S – эффективная площадь установки, Ω − телесный угол ячейки матрицы, t − продолжительность всплеска.

На рис. 3.5 приведены имеющиеся данные по регистрации СКЛ высокой энергии с учетом прямых спутниковых измерений, подъемной аппаратуры на шарах-зондах, наземных нейтронных мониторов. Результаты для максимальной энергии получены с помощью спектрометра L3+C (светлый квадратик) и годоскопа ТЕМП (темный квадратик) в области энергий порядка 50 ГэВ. При оценке потока протонов СКЛ, предполагалось, что коэффициент связи потока высокоэнергичных протонов и мюонов порядка единицы. Это означает, что каждый протон образует в атмосфере Земли один высокоэнергичный мюон, достигающий поверхности, где расположена установка. Пунктиром на рисунке показана верхняя граница ожидаемого потока СКЛ релятивистских энергий. Видно, что все имеющиеся данные по СКЛ не противоречат общим феноменологическим представлениям об электромагнитном механизме ускорения заряженных частиц до высоких энергий с учетом топологии активных областей на Солнце.

75