长期的宇宙射线的可变性和CME-Index

文摘

宇宙射线调制与太阳活动指数和日球参数期间1996年1月- 2011年10月,包括太阳活动周期23和24岁的太阳活动周期的上升阶段进行了研究。这种贡献的新视角CME-index,只从cme与角宽度大于30度,给出更好的结果比以前的作品。该模型计算的宇宙射线强度调制来自太阳的组合指数和日球参数给出了一个非常令人满意的标准偏差值。最好的繁殖宇宙线强度是通过考虑太阳能和行星际太阳黑子数量等指标,行星际磁场,CME-index,日球电流片倾斜。标准差计算值与实际观测值之间是太阳活动周期约6.63% 23和4.13%的上升部分太阳周期24。

1。介绍

宇宙射线(CR)强度,从地球上观察到,在地球轨道上,表现出一种近似反11年变化与太阳活动有关,可能一段时间滞后,首先研究了福布希(1]。许多研究小组试图表达这种星系的长期变化CR强度通过适当的太阳能指数和地球物理参数。银河宇宙射线在日球层使用的调制理论以及实证方法是成功的和先进的快速2]。然而,一个适当的描述,日球层在宇宙射线的影响仍然不似乎是一个简单的任务。是足够的,理论模型应该考虑的复杂形状和动态日球电流片,heliolatitudinal太阳风速度的分布,界限快和慢太阳风流,各种零星的和周期性结构,激波边界和太阳风层顶的作用。Exarhos和穆萨3]试图估计磁场在日球激波和研究其时空变化的影响在银河宇宙射线长期调制从帕克的模型和使用不同航天器in-ecliptic测量1 AU接近地球。Morishita和Sakukibara4]试图估计日球层的大小来自中子监测器的长期调制强度。使用开放建设太阳能磁通从太阳黑子数据作为输入到一个球对称拟定的日球层的状态模型,预期的银河宇宙射线强度在地球的轨道计算(5]。这个宇宙射线强度计算是在良好的协议与中子监测器测量在过去50年。特定的宇宙射线的调制是考虑长期宇宙射线的相关性变化与不同solar-heliospheric参数和现有经验宇宙射线强度的模型,因为它是审查的论文中描述(6]。一个方法来预测宇宙射线强度和太阳能灯参数提出了在7]。这个方法给出令人满意的结果应用于预测时的剂量收到车载商业飞机航班。他指出,银河宇宙线强度的预测观察到在给定的车站比预测更可取不同的电位调制等潜在的太阳黑子数目(8]。这个选择的重要性是宇宙射线强度是唯一的变量直接观察。宇宙射线强度的记录是可用的和长期均匀,而不是从太空观察获得的数据。提出了两个模型(9),拟线性和模型假设一个幂律关系调制电势和磁通在中子监测器面积1951 - 2005用于预测,如果相应的全球日球变量可以独立地估计。

最近,实证关系提出了基于太阳能和星际参数(10)为了描述宇宙射线的长期调制强度在上一个太阳周期。强调了日球的不同行为参数相比,太阳能的关于有趣的宇宙线强度调制的属性。的磁滞现象和互相关分析这些参数的宇宙射线强度太阳活动周期的三个阶段,根据太阳磁场极性。迄今为止,这个模型被应用到四个太阳周期(20、21、22、23),可以被认为是一个有用的工具为理解宇宙射线调制。该模型可以扩展落后在时间或用于预测,它有实际意义的规划太阳能观察和预测太空天气现象。

太阳周期23首先是一个循环的极大的兴趣,因为它的特点是大量的暴力的极端太阳能事件主要集中在下行阶段,如2003年的10月,2005年1月,2005年7月和2006年12月,其次,它有一个非凡的和扩展的最小时间超过三年。在这个太阳,宇宙射线强度远高于前一周期(11]。这么长时间,平静的时期是具有有限磁通出现在光球层,主要是在南半球,和低日冕物质抛射(cme)和耀斑活动日冕。

在我们最后的工作10),我们已经表明,宇宙射线的长期强度调制的复制使用太阳黑子数,CME-index,行星际磁场(IMF),日球电流片(高碳钢)倾斜。在这项工作中,我们也表现出强烈的宇宙射线之间的连接强度和使用CME-index cme,这个索引的形式和主要标准是cme的角宽度。根据(12),缓慢而狭窄的调制cme是无效的,因此,我们的调制与以前的形式显示指数和新的。

2。数据收集

为了研究长期的宇宙射线调制通过1996 - 2011年,每月的宇宙射线值Lomnicky Stit中子监测器(截止刚度3.84问)。对于本研究中,宇宙射线的变化的时间序列是规范化的宇宙射线强度最大(2009年7月)= 1.00和宇宙射线强度最低(2003年11月)= 0.00。我们注意到宇宙射线强度在2003年的10月在下降阶段的太阳周期仅用于正常化的原因和不配合活动最大的太阳活动周期在2000年- 2002年(13]。但这也是非常重要的,最小的宇宙射线强度与最大CME-index显示了强大的连接这两个变量。

在这项研究中,我们也利用月平均太阳黑子数量的数据来自美国国家地球物理数据中心(ftp://ftp.ngdc.noaa.gov/index.html),行星际磁场(IMF)的强度从泛光灯获得数据库(http://omniweb.gsfc.nasa.gov/)。上的数据倾斜的日球电流片使用经典pfs模型(14](高碳钢)从威尔科克斯获得太阳观测台数据库(http://wso.stanford.edu/Tilts.html)。cme的数据,形成的日冕物质抛射指数,从SOHO / LASCO CME目录(http://cdaw.gsfc.nasa.gov/CME_list/)。不幸的是,我们对于太阳风暴的SOHO数据库没有数据7月,8月,1998年9月和1999年1月。为了填补这些数据空白,一个平滑的方法已经被使用。在数据1(一)和1 (b)所有检查的时间配置文件参数。

3所示。CME-Index

多年来,太阳黑子数量是最特色的太阳活动指数。这意味着我们可以通过太阳黑子周期的确定阶段,和最大的价值意味着我们在太阳活动的最大和最小值,我们最小的太阳活动周期,而中间值升序或降序阶段的周期。在最大的阶段,我们有一些时间非常暴力活动连接到cme如2000年7月和2001年4月。另一方面,我们有很多非常暴力的时候太阳黑子数量在太阳活动周期的下行阶段或接近太阳,因此,我们不能把安全结果从太阳黑子数量仅为太阳的活动。这段时期,如2003年的10月,2005年1月,2006年11 - 12月刊2010年甚至2010年2月和August-September剧烈的太阳活动的特点,大部分都是连接到猛烈的太阳风暴,X-flares,最后地面增强(gl)。有太阳风暴对地球的磁气圈结果导致磁性风暴,SEPs甚至gl。这些cme是星际日冕物质ejections-ICMEs [15)——负责临时干扰地球的磁气圈。现在,很明显,我们有两种类型的不同特点:geoeffective cme可以产生地磁风暴和SEP-effective cme事件可能导致9月(16,17]。众所周知,9月事件源自CME-driven冲击(15,18,19]。介绍了基于CME-index这个问题,在我们之前的工作20.- - - - - -22]。

在这部作品中,最广泛的数据现在覆盖整个太阳周期23岁,一个新的太阳活动周期的提升阶段的一部分24已经为该指数的应用优势。这种非凡的太阳太阳周期23和24之间也是非常重要的。现在我们有包括数据之前的时间如前所述,它是明确的太阳黑子数的疲软只是解释这些时期。

其中最CME的特征参数是线性速度因素的重要性芝加哥商品交易所(16,23),所以我们使用的是月平均线速度cme和每月的数字在一个新的无量纲关系根据(12)的形式 的因素和最好的互关联系数值,计算值之间的相关指数宇宙射线强度,对吗和因素适用于和。最大的值和检查时间的最大值。1996年1月- 2011年10月期间,我们发现表单的关系: 在哪里和公里/秒。0.12和0.88是最好的因素值的相关系数最大化宇宙射线强度之间的指数。之间的指数和太阳黑子数量,相关系数。

我们也注意到时间的cme即使在最低的结果很多狭窄的和缓慢的太阳风暴。在这个工作中,提出了一种新的方法使用数据为cme宽度> 30°1996年1月- 2011年10月的指数。最好的关系是 在哪里和公里/秒。之间的相关系数发现指数和宇宙射线和太阳黑子数分别,这是这项工作的最好的互相关值检查期间(1996年1月- 2011年10月)。在图2,很明显的增加狭窄cme特别是2005年之后。cme的数量使用数据从cme宽度> 30°是太阳黑子数量。整个研究期间,之间的相关系数指数(3)和高碳钢倾斜国际货币基金组织(IMF)是这是非常重要的证明该指数之间的紧密联系和日球参数。我们希望进一步研究空间天气和调制的银河宇宙射线索引可以是非常有用的,必须在调制参数公式(10]。

4所示。宇宙射线调制

众所周知,宇宙射线强度的11年调制显示了一些时间落后于太阳活动是一种滞后效应(1,10,21]。记住这一点,我们已经进行了相关性分析每月的宇宙射线值变化和各种参数(太阳能和日球活动,,国际货币基金组织(IMF)和高碳钢)检查。

计算每个参数的时滞的宇宙射线强度(24,25),计算它们之间的互关联系数与不同时间滞后,从0到30个月的时间间隔检查。最大互相关系数和相应的时间滞后的表1检查时间。

在这部作品中,同样的实证关系的宇宙射线调制应用在前面的太阳周期20、21日22日和23日采用(21,26]。这是辛普森的泛化派生的太阳风模型使用diffusion-convection漂移模型(27),表达了以下关系: 在哪里和银河(未调制的)和调制宇宙射线强度,分别是源函数代表一次一些适当的太阳活动指数吗,是特征函数表达为代表的太阳能扰动的时间依赖性(28,29日]。根据先前的模型中,宇宙射线强度调制是一个常数表达的和几个来源的总和函数选择适当的太阳能和星际宇宙射线影响调制指数。这个关系是由以下表达式: 在哪里是一个常数,,,,选中的时滞solar-heliospheric参数,由RMS-minimization系数计算方法。常数是线性相关的截止刚度每个车站根据以下关系: 在哪里是每个中子监测器的截止刚度站30.]。在这个工作中,使用数据的宇宙射线的变化从Lomnicky获得Stit中子监测器截止刚度的3.84全球之声,常数发现等于0.9692。

我们将分别调查1996 - 2011年的整个时期和23日期间太阳活动周期(1996年5月- 2008年12月)和第24太阳活动周期的上升部分(2009年1月- 2011年10月)。模型参数,每个案例的标准差系数展示在表RMS-minimization计算的方法2。值得注意的是,标准偏差小于7%。与我们去年工作的结果(10),他们已经改进了整个时期。

最好的繁殖宇宙射线的变化之间的关系的结合,,国际货币基金组织(IMF)和高碳钢(10]。这是表达了以下关系: 在恒定的被发现等于0.9692,,,国际货币基金组织(IMF)和高碳钢solar-interplanetary参数将滞后的时间。系数被发现= 2.42,0.54,54.08,和2.02,分别。这个关系的标准偏差是发现6.69%是一个很好的近似。注意到,太阳活动周期的最大阶段23是非常复杂的包括双高峰和太阳磁场的逆转。有趣的是,有一个很好的协议的最大和下行阶段由于使用和国际货币基金组织,主要在太阳能极端的时期,2003年的10月,而国际货币基金组织的贡献和高碳钢互为补充和改进协议在升序和降序阶段的特点是强烈的太阳活动。

正如我们前面提到的,使用的角宽度大于30°显示了一个非常好的行为对整个太阳周期,因此,我们有最好的宇宙射线强度和之间的互相关值指数(12]。如果我们使用指数数据,从数据的宽度> 30°使用相同的调制(7),结果是更好的标准偏差为6.27%。系数被发现= 2.36,0.91,52.51,和2.12,分别。这些值之间的CME-index给出更好的结果还宇宙线强度和cme的数量,和线性平均速度,。在图3的观察和计算宇宙射线的变化(7)使用指数从cme宽度> 30°。

这个实证模型的显著改善CME-index的使用造成的,我们只使用太阳风暴角宽度> 30°,这是高度相关的宇宙线强度变化。在每月的数量,用太阳风暴角宽度> 30°,CR强度,我们发现反对,每月的总数和CR强度与相关系数。的前一个值的相关系数的总数cme−0.78 (22),在较短的时间内获得,到2006年初(2006年2月),没有太阳的周期检查这里,很多窄而缓慢cme记录没有任何长期影响调制(12]。

5。提升太阳周期24的一部分

就像前面所提到的,太阳活动周期的缓慢下降23和24导致的缓慢上升周期非常长时间的低太阳活动持续了从2006年到2009年底,2008年和2009年是特别安静。因此,太阳周期23和24之间非常长和深度与前面的太阳能最小值与十几个月,而不是几个月的时间在早周期。在[21),宇宙射线的太阳周期依赖强度时间落后于太阳黑子数量被广泛的研究。对于周期17-23,滞后时间的平均值个月甚至周期和奇怪的周期(21,27]。

在上一个太阳周期23日,每月的最低的意思是太阳黑子数发生在2009年8月。根据(31日),观察宇宙射线强度的最大2009年10月,和当前的银河宇宙射线的太阳周期24指出2010年1月。凯恩(11)后才注意到宇宙射线强度降低了2010年3月。

在本节中,太阳活动周期的上升部分时期从2009年1月至2011年10月24日整个时间间隔分开研究。互关联系数之间的这段时期宇宙线强度和太阳黑子数量计算,和最大系数与相应的时间滞后2个月被发现。凯恩(11)发现一个时滞最低大约6 - 7个月。阿卢瓦利亚和Ygbuhay31日)也计算之间的时间差大约3个月大,急剧增加的高碳钢倾斜角度和宇宙射线的调制,在协议,我们计算时间间隔约2 - 3个月(个月),对高碳钢,发现,有很高的相关系数。宇宙射线强度之间的时滞和太阳黑子数量最好的非线性拟合计算的价值个月。这个值coincides-up现在的期望值甚至在前一个工作周期如前所述[10]。宇宙射线强度和IMF之间的时间间隔约1月被发现,。最大互相关系数和相应的时间滞后这段表3。

6。讨论和结论

宇宙射线调制是一个复杂的现象发生在日球层,取决于很多因素。没有一个太阳能指数,不管它如何精密,可以解释宇宙射线的变化。不同的科学家提出了实证关系描述长期宇宙射线的变化的基础上联合使用太阳能和/或日球指数。起初,太阳黑子数量等指标和太阳耀斑(26]。后来,别洛夫et al。32)提出了一个multiparametric长期的描述CR变化,基于联合使用国际货币基金组织的高碳钢倾斜和强度的变化。国际货币基金组织(IMF)在宇宙线强度变化调制的影响甚至比高碳钢的效果更容易从理论上证实倾斜。的主要参数确定粒子transport-gyroradius-is IMF强度成反比。根据理论(32),增加了应该导致运输路径和扩散系数的降低,因此,增加的吗CR调制。国际货币基金组织的力量和长周期的变化之间的关系CR是实验证实32,33)当长太阳风测量建立的数据系列。实际上,这些参数与高碳钢倾斜和IMF intensity-successfully相辅相成。关键是高碳钢倾斜体现日球层的结构,而国际货币基金组织对宇宙射线强度定量描述其影响。在我们以前的工作(21),太阳能指数国际货币基金组织一起日球变量,高碳钢,美联社发现解释更好的宇宙射线调制。在这种方法中,使用CME CME-index所代表的参数根据cme的数量和平均等离子体速度只考虑cme宽度> 30°明显改善之间的关系观察和宇宙射线强度的计算值由一个中子监测器测量站。通过应用类似的相关分析和实证关系的以前的工作10),以下结论概述。(我)关于调制效应,在提出的模型中,标准偏差小于7%。最好的获得(7)使用参数,,国际货币基金组织(IMF)和高碳钢给出了6.63%的标准差23日太阳周期,第24太阳活动周期的4.13%,总时间的6.27%。总之间的改善前(10宇宙射线调制)和当前的经验模型是显著的。(2)这个实证模型的显著改善CME-index的使用造成的,用太阳风暴角宽度> 30°,这是高度相关的宇宙线强度变化这证实了我们的结论显示相关系数因素在我们以前的工作(12]。(3)在每月的数量,用太阳风暴角宽度> 30°,CR强度,我们发现反对,每月cme的总数,和CR与相关系数。的前一个值的总数和之间的相关系数CR−0.78 (22),在较短的时间内获得,到2006年初(2006年2月),没有太阳的周期检查这里,很多窄而缓慢cme记录没有任何长期影响调制(12]。(iv)检查时间的太阳和太阳活动周期的上升部分24日一个小宇宙射线强度和太阳活动之间的时间滞后2个月左右强调,这是预期的甚至太阳周期(24,27]。宇宙射线强度和日球电流片礼物~ 2个月的时间间隔非常重要的相关系数。之间的CR强度和IMF,大约1个月的时间间隔被注意到。

检查整个时期,我们可以得出这样的结论:所有选中的日球参数(,国际货币基金组织(IMF)和高碳钢)可以给一个很好的近似调制宇宙线强度。此外,我们注意所使用的一些指标,如,高碳钢,全球指数,而其他人,如国际货币基金组织(IMF),仅限于黄道平面。根据(34定义,宇宙射线调制主要由全球指数,因为他们在日球层复杂的运输,符合我们的结果在这工作。

总结,我们可以说在前面提出的经验模型作品,也在这工作,明显改善了最后的太阳周期19日,20日,21日,22日,23日,结果是一个确认的可靠性。在未来的工作中,我们希望另一个太阳能的考虑参数如太阳的磁场极性将能够把更多的光的调查长期宇宙射线调制。所有这些研究将为太阳活动周期的预测是一个有用的工具和空间天气应用程序。

确认

作者感谢太阳的提供者,星际,中子监测器和地磁数据用于这项工作。特别是,他们承认卡雷尔库教授和伊戈尔Parnahaj提供宇宙射线数据从Lomnicky Stit中子监测器。数据的日冕物质抛射的形成CME-index从SOHO / LASCO CME目录(http://cdaw.gsfc.nasa.gov/CME_list/)。这CME目录生成和维护CDAW数据中心由美国宇航局和美国天主教大学和海军研究实验室合作。SOHO是欧洲航天局和美国航天局之间的国际合作项目。

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