Solar-Terrestrial Physics Solar-Terrestrial Physics Солнечно-земная физика / Solnechno-Zemnaya Fizika / Solar-Terrestrial Physics 2712-9640 28700 10.12737/szf-61202003 Результаты исследований Results of current research Результаты исследований Galactic cosmic ray anisotropy modelling Моделирование анизотропии галактических космических лучей Перегудов Дмитрий Владимирович Peregoudov Dmitriy Vladimirovich d.peregoudov@gcras.ru

кандидат физико-математических наук;

candidate of physical and mathematical sciences;

 https://orcid.org/0000-0002-6476-9471 Соловьёв Анатолий Александрович Soloviev Anatoly Aleksandrovich rjes@wdcb.ru

доктор физико-математических наук;

doctor of physical and mathematical sciences;

 Яшин Игорь Иванович Yashin Igor Ivanovich IIYashin@mephi.ru

доктор физико-математических наук;

doctor of physical and mathematical sciences;

 Шутенко Виктор Викторович Shutenko Victor Victorovich VVShutenko@mephi.ru Геофизический центр РАН Москва Россия Geophysical Center of RAS Moscow Russian Federation Геофизический центр РАН Москва Россия Geophysical Center RAS Moscow Russian Federation Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН Москва Россия Schmidt Institute of Physics of the Earth, RAS Moscow Russian Federation Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ» Москва Россия National Research Nuclear University MEPhI Moscow Russian Federation Национальный исследовательский ядерный университет МИФИ Москва Россия National Research Nuclear University MEPhI Moscow Russian Federation 6 1 36 42 https://zh-szf.ru/en/nauka/article/28700/view

Рассматривается задача вычисления углового распределения космических лучей в данной точке гелиосферы в предположении, что из бесконечности падает изотропный поток частиц. Показано, что статическое магнитное поле не порождает анизотропии, если только точка наблюдения не находится в области захваченных частиц. Рассмотрена модель коронального выброса в виде неподвижного цилиндра с однородным магнитным полем вдоль оси. Для точек наблюдения в области захваченных частиц (внутри цилиндра) вычислены угловые распределения космических лучей. Показано, что возникает конус направлений, в котором поток ослабляется. Для той же модели с равномерно движущимся выбросом рассчитаны угловые распределения при различных положениях точки наблюдения вне цилиндра. Показано, что возникает анизотропия порядка отношения скорости выброса к скорости света. Качественно схожие распределения наблюдаются на мюонном годоскопе УРАГАН.

We calculate the angular distribution of cosmic rays at a given point of the heliosphere under the assumption that the incoming flux from outer space is isotropic. The static magnetic field is shown to cause no anisotropy provided that the observation point is situated out of the trapped particle area. We consider a coronal ejection model in the form of a static cylinder with an axial homogeneous magnetic field inside. We calculate angular distribution samples in the trapped particle area (inside the cylinder) and show that there is a certain cone of directions with a reduced flux. For the same model with the moving cylinder, the angular distribution samples are calculated for different positions of the observation point outside the cylinder. Anisotropy of order of the ejection to light velocity ratio is shown to arise. The calculated samples are in qualitative agreement with URAGAN muon hodoscope data.

 космические лучи корональные выбросы массы угловое распределение анизотропия cosmic rays coronal mass ejections angular distribution anisotropy

Астапов И.И., Барбашина Н.С., Богоутдинов Ш.Р. и др. Исследование анизотропии потока мюонов во время негеоэффективных корональных выбросов масс 2016 г. // Ядерная физика и инжиниринг. 2017. Т. 8, № 5. С. 478-482. DOI: 10.1134/S207956291704003. Astapov I.I., Barbashina N.S., Bogoutdinov Sh.R., Borog V.V., Veselovsky I.S., Getmanov V.G., et al. Investigation of muon flux anisotropy during non-geoeffective coronal mass ejections in 2016. Yadernaya fizika i inzhiniring [Nuclear Physics and Engineering]. 2017, vol. 8, no. 5, pp. 478-482. (In Russian). DOI: 10.1134/S207956291704003. Березинский В.С., Буланов С.В., Гинзбург В.Л. и др. Астрофизика космических лучей. М.: Наука, 1984. 360 с. Berezinsky V.S., Bulanov S.V., Ginzburg V.L., Dogiel V.A., Ptuskin V.S. Astrofizika kosmicheskikh luchej [Astrophysics of cosmic rays]. Moscow, Nauka Publ., 1984. 360 p. (In Russian). Гетманов В.Г., Гвишиани А.Д., Сидоров Р.В. и др. Фильтрация наблюдений угловых распределений мюонных потоков от годоскопа УРАГАН // Ядерная физика и инжиниринг. 2017а. Т. 8, № 6. С. 506-512. DOI: 10.1134/ S207956291704011X. Burlaga L.F. Magnetic clouds and force-free fields with constant alpha. J. Geophys. Res. 1988, vol. 93, no. A7, pp. 7217-7224. DOI: 10.1029/JA093iA07p07217. Гетманов В.Г., Гвишиани А.Д., Сидоров Р.В. и др. Математическая модель наблюдений от мюонного годоскопа с учетом кинематики и геометрии солнечных корональных выбросов масс // Ядерная физика и инжиниринг. 2017б. Т. 8, № 5. С. 432-438. DOI: 10.1134/S2079562917040108. Dobrovolsky M.N., Astapov I.I., Barbashina N.S., Gvishiani A.D., Getmanov V.G., Dmitrieva A.N., et al. The method of search for local anizotropy of muon fluxes in matrix-form data of URAGAN Hodoscope. Izvestiya RAN. Ser. fizicheskaya [Bull. of the Russian Academy of Sciences. Physics]. 2019, vol. 83, no. 5. (In Russian). (In print). Гетманов В.Г., Гвишиани А.Д., Перегудов Д.В. и др. Ранняя диагностика геомагнитных бурь на основе наблюдений систем космического мониторинга // Солнечно-земная физика. 2019. Т. 5, № 1. С. 59-67. DOI: 10.12737/szf-51201906. Dorman L.I., Villoresi G., Belov A.V., Eroshenko E.A., Iucci N., Yanke V.G., et al. Cosmic-ray forecasting features for big Forbush decreases. Nuclear Physics B (Proc. Suppl.). 1995, vol. 39, no. 1, pp. 136-143. DOI: 10.1016/0920-56332(95)00016-3. Добровольский М.Н., Астапов И.И., Барбашина Н.С. и др. Метод поиска локальной анизотропии потоков мюонов в матричных данных годоскопа УРАГАН // Изв. РАН. Сер. физическая. 2019. Т. 83, № 5. (В печати). Getmanov V. G., Gvishiani A.D., Sidorov R.V., Soloviev A.A., Bogoutdinov Sh.R., Yashin I.I., et al. Filtering of observations of the angular distributions of muon fluxes from the URAGAN Hodoscope. Yadernaya fizika i inzhiniring [Nuclear Physics and Engineering]. 2017a, vol. 8, no. 6, pp. 506-512. (In Russian). DOI: 10.1134/S207956291704011X. Крымский Г.Ф., Кривошапкин П.А., Мамрукова В.П., Герасимова С.К. Анизотропия космических лучей высоких энергий // Письма в астрономический журнал. 2010. Т. 36, № 8. С. 628-636. Getmanov V.G., Gvishiani A.D., Sidorov R.V., Soloviev A.A., Bogoutdinov Sh.R., Yashin I.I., et al. Mathematical model for observations from a muon hodoscope including the kinematics and geometry of solar coronal mass ejections. Yadernaya fizika i inzhiniring [Nuclear Physics and Engineering]. 2017b, vol. 8, no. 5, pp. 432-438. (In Russian). DOI: 10.1134/ S2079562917040108. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Механика. М.: Наука, 1988а. 216 с. Getmanov V.G., Gvishiani A.D., Peregoudov D.V., Yashin I.I., Soloviev A.A., Dobrovolsky M.N., Sidorov R.V. Early diagnostics of geomagnetic storms based on observations of space monitoring systems. Solnechno-zemnaja fizika [Solar-Terrestrial Physics]. 2019, vol. 5, no. 1, pp. 43-50. DOI: 10.12737/stp-51201906. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теория поля. М.: Наука, 1988б. 512 с. Karelin A., Adriani O., Barbarino G., Bazilevskaya G.A., Bellotti R., Boezio M., et al. The large-scale anisotropy with the PAMELA calorimeter. ASTRA Proc. 2015, vol. 2, pp. 35-37. DOI: 10.5194/ap-2-35-2015. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Электродинамика сплошных сред. М.: Наука, 1992. 664 с. Krymsky G.F., Krivoshapkin P.A., Mamrukova V.P., Gerasimova S.K. Anisotropy of high-energy cosmic rays. Astron. Lett. 2010, vol. 36, no. 8, pp. 596-604. DOI: 10.1134/ S1063773710080086. Burlaga L.F. Magnetic clouds and force-free fields with constant alpha // J. Geophys. Res. 1988. V. 93, N A7. P. 7217-7224. DOI: 10.1029/JA093iA07p07217. Landau L.D., Lifshitz E.M. Mekhanika [Mechanics]. Moscow, Nauka Publ., 1988a. 216 p. (In Russian). Dorman L.I., Villoresi G., Belov A.V., et al. Cosmic-ray forecasting features for big Forbush decreases // Nuclear Physics B (Proc. Suppl.). 1995. V. 39, N 1. P. 136-143. DOI: 10.1016/0920-56332(95)00016-3. Landau L.D., Lifshitz E.M. Teoriya polya [The Classical Theory of Fields]. Moscow, Nauka Publ., 1988b. 512 p. (In Russian). Karelin A., Adriani O., Barbarino G., et al. The large-scale anisotropy with the PAMELA calorimeter // ASTRA Proc. 2015. V. 2. P. 35-37. DOI: 10.5194/ap-2-35-2015. Landau L.D., Lifshitz E.M. Elektrodinamika sploshnykh sred [Electrodynamics of Continuous Media]. Moscow, Nauka Publ., 1992. 664 p. (In Russian). Osherovich V.A., Farrugia C.J., Burlaga L.F. Nonlinear evolution of magnetic flux ropes 1. Low-beta limit // J. Geophys. Res. 1993. V. 98, N A8. P. 13225-13231. DOI: 10.1029/ 93JA00271. Osherovich V.A., Farrugia C.J., Burlaga L.F. Nonlinear evolution of magnetic flux ropes 1. Low-beta limit. J. Geophys. Res. 1993, vol. 98, no. A8, pp. 13225-13231. DOI: 10.1029/93JA00271. Parker E.N. The passage of energetic charged particles through interplanetary space // Planet. Space Sci. 1965. V. 13. P. 9-49. DOI: 10.1016/0032-0633(65)90131-5. Parker E.N. The passage of energetic charged particles through interplanetary space. Planet. Space Sci. 1965, vol. 13, pp. 9-49. DOI: 10.1016/0032-0633(65)90131-5. Yashin I.I., Astapov I.I., Barbashina N.S., et al. Real-time data of muon hodoscope URAGAN // Adv. Space Res. 2015. V. 56, N 12. P. 2693-2705. DOI: 10.1016/j.asr.2015.06.003. Yashin I.I., Astapov I.I., Barbashina N.S., Borog V.V., Chernov D.V., Dmitrieva A.N., et al. Real-time data of muon hodoscope URAGAN. Adv. Space Res. 2015, vol. 56, no. 12, pp. 2693-2705. DOI: 10.1016/j.asr.2015.06.003.