Solnechno-Zemnaya Fizika Solnechno-Zemnaya Fizika Солнечно-земная физика 2712-9640 33667 10.12737/szf-61202002 Результаты исследований Results of current research Результаты исследований Investigating the influence of geometry of the heliospheric neutral current sheet and solar activity on modulation of galactic cosmic rays with a method of main components Исследование методом главных компонент влияния геометрии нейтрального токового слоя гелиосферы и солнечной активности на модуляцию галактических космических лучей https://orcid.org/0000-0003-2184-8089 Гололобов Петр Юрьевич Gololobov Peter Yur'evich gpeter@ikfia.sbras.ru Кривошапкин Прокопий Антипович Krivoshapkin Prokopy Antipovich p_a_krivoshapkin@mail.ru

кандидат физико-математических наук;

candidate of physical and mathematical sciences;

 Крымский Гермоген Филиппович Krymsky Germogen Filippovich krymsky@ikfia.ysn.ru

доктор физико-математических наук;

doctor of physical and mathematical sciences;

 https://orcid.org/0000-0003-1247-4513 Герасимова Сардаана Кимовна Gerasimova Sardaana Kimovna danagsk@mail.ru

кандидат физико-математических наук;

candidate of physical and mathematical sciences;

 Институт космофизических исследований и аэрономии им. Ю.Г. Шафера СО РАН Якутск Россия Yu.G. Shafer Institute of Cosmophysical Research and Aeronomy SB RAS Yakutsk Russian Federation Институт космофизических исследований и аэрономии им. Ю.Г. Шафера СО РАН Якутск Россия Yu.G. Shafer Institute of Cosmophysical Research and Aeronomy SB RAS Yakutsk Russian Federation Институт космофизических исследований и аэрономии им. Ю.Г. Шафера СО РАН Якутск Россия Yu.G. Shafer Institute of Cosmophysical Research and Aeronomy SB RAS Yakutsk Russian Federation Институт космофизических исследований и аэрономии им. Ю.Г. Шафера СО РАН Якутск Россия Yu.G. Shafer Institute of Cosmophysical Research and Aeronomy SB RAS Yakutsk Russian Federation 6 1 30 35 https://zh-szf.ru/en/nauka/article/33667/view

Исследуется совокупное модулирующее воздействие геометрии нейтральной поверхности межпланетного магнитного поля и солнечной активности на распространение галактических кос-мических лучей в гелиосфере. При помощи метода главных компонент произведена оценка роли каж-дого фактора в модуляции космических лучей. Применение метода к экспериментальным данным по уровню солнечной активности, углу раствора нейтральной поверхности и интенсивности косми-ческих лучей за длительный период времени с 1980 по 2018 г. позволило выявить временную динамику роли каждого фактора в модуляции. Показано, что характер модуляции сильно зависит от полярности общего магнитного поля Солнца. Результаты исследования подтверждают существующие теоретические представления о гелиосферной модуляции, а также отражают ее особенности почти за четыре полных цикла солнечной активности.

The work studies the cumulative modulating effect of the geometry of the interplanetary magnetic field's neutral current sheet and solar activity on propagation of galactic cosmic rays in the heliosphere. The role of each factor on the modulation of cosmic rays is estimated using a method of main components. The application of the method to experimental data on solar activity, to the tilt angle of the neutral sheet, and cosmic ray intensity for a long period from 1980 to 2018 allows us to reveal the temporal dynamics of roles of these factors in the modulation. The modulation character is shown to strongly depend on the polarity of the Sun’s general magnetic field. Results of the study confirm the existing theoretical concepts of the heliospheric modulation of cosmic rays and reflect its peculiarities for almost four full cycles of solar activity.

 модуляция космических лучей межпланетное магнитное поле нейтральный токовый слой солнечная активность cosmic ray modulation interplanetary magnetic field neutral current sheet solar activity

Ишков В.Н. Периоды пониженной и повышенной солнечной активности: наблюдательные особенности и ключевые факты // Всероссийская ежегодная конференция по физике Солнца «Солнечная и солнечно-земная физика - 2013»: Труды. Санкт-Петербург, 2013. С. 111-114. El-Borie M.A., Hamdy A. A correlative study between heliospheric current sheet tilts, cosmic ray intensities and solar activity parameters. Arab J. Nucl. Sci. Appl. 2018, vol. 51, no. 1, pp. 152-167. Ишков В.Н. Космическая погода и особенности развития текущего 24-го цикла солнечной активности // Геомагнетизм и аэрономия. 2018. Т. 58, № 6. С. 785-800. DOI: 10.1134/S0016794018060056. Burger R.A. Modeling drift along the heliospheric wavy neutral sheet. The Astrophys. J. 2012, vol. 760, no 1, pp.1-5. DOI: 10.1088/0004-637X/760/1/60. Крайнев М.Б. О характеристиках гелиосферы, важных для галактических космических лучей, в фазе минимума солнечной активности // Краткие сообщения по физике ФИАН. 2012. № 6. С. 13-20. Gupta M., Mishra V.K., Mishra A.P. Cosmic ray intensity associated with sunspot numbers and tilt angle. Indian J. Phys. 2006, vol. 80, no. 7, pp. 697-701. Крайнев М.Б., Калинин М.С. О структуре интенсивности галактических космических лучей при ее долговременных вариациях // Изв. РАН. Сер. физ. 2013. Т. 77, № 5. С. 574-576. Gushchina R.T., Belov A.V., Eroshenko E.A., Obridko V.N., Paouris E., Shelting B.D. Cosmic ray modulation during the solar activity growth phase of cycle 24. Geomagnetism and Aeronomy. 2014, vol. 54, iss. 4, pp. 430-436. DOI: 10.1134/S0016793214040057. Крымский Г.Ф., Кривошапкин П.А., Герасимова С.К. и др. Модуляция космических лучей гелиосферным нейтральным слоем // Геомагнетизм и аэрономия. 2001а. Т. 41, № 4. С. 444-449. Ishkov V.N. Reduced and extended periods of solar activity: monitoring features and key facts. Vserossiiskaya ezhegodnaya konferentsiya po fizike Solntsa “Solnechnaya i solnechno-zemnaya fizika - 2013”: Trudy [Proc. Russian National Annual Conference on Solar Physics “Solar and Solar-Terrestrial Physics - 2013”] Saint-Peretsburg, 2013, pp. 111-114. (In Russian). Крымский Г.Ф., Кривошапкин П.А., Герасимова С.К. и др. Нейтральный слой и дрейф частиц в долгопериодных вариациях космических лучей // Изв. РАН. Сер. физ. 2001б. Т. 65, № 3. С.353-355. Ishkov V.N. Space weather and specific features of the development of current solar cycle. Geomagnetism and aeronomy. 2018, vol. 58, no. 6, pp. 753-767. DOI: 10.1134/ S0016793218060051. Burger R.A. Modeling drift along the heliospheric wavy neutral sheet // The Astrophys. J. 2012. V. 760, N 1. P. 1-5. DOI: 10.1088/0004-637X/760/1/60. Iskra K., Soluszyk M., Alania M., Wozniak W. Experimental investigation of the delay time in galactic cosmic ray flux in different epochs of solar magnetic cycles: 1959-2014. Solar Phys. 2019, vol. 294, iss. 9, article id. 115, 14 p. DOI: 10.1007/s11207-019-1509-4. El-Borie M.A., Hamdy A. A correlative study between heliospheric current sheet tilts, cosmic ray intensities and solar activity parameters // Arab J. Nucl. Sci. Appl. 2018. V. 51, N 1. P. 152-167. Kota J., Jokipii J.R. Effects of drift on the transport of cosmic rays. VI. A three-dimentional model including diffusion. The Astrophys. J. 1983, vol. 265, pp. 573-581. Gupta M., Mishra V.K., Mishra A.P. Cosmic ray intensity associated with sunspot numbers and tilt angle // Indian J. Phys. 2006. V. 80, N 7. P. 697-701. Krainev M.B. Characteristics of the heliosphere important for galactic cosmic rays in the phase of minimal solar activity // Kratkie soobshcheniya po fizike FIAN [Brief Information on Physics by Lebedev Physical Institute RAS]. 2012, no. 6, pp. 13-20. (In Russian). Gushina R.T., Belov A.V., Eroshenko E.A., et al. Cosmic ray modulation during the solar activity growth phase of cycle 24 // Geomagnetism and Aeronomy. 2014. V. 54, N 4. P. 430-436. DOI: 10.1134/S0016793214040057. Krainev M.B., Kalinin M.S. On the structure of galactic cosmic ray intensity during its long-term variations. Bull. of the Russian Academy of Sciences: Physics. 2013, vol. 77, no. 5, pp. 510-512. DOI: 10.3103/S1062873813050316. Iskra K., Soluszyk M., Alania M., Wozniak W. Experimental investigation of the delay time in galactic cosmic ray flux in different epochs of solar magnetic cycles: 1959-2014 // Solar Phys. 2019. V. 294. Р. 115. DOI: 10.1007/s11207-019-1509-4. Krymsky G.F., Krivoshapkin P.A., Gerasimova S.K., Grigoryev V.G., Mamrukova V.P. Modulation of cosmic rays by the heliospheric neutral sheet. Geomagnetizm i ajeronomija [Geomagnetizm and Aeronomy]. 2001a, vol. 41, no. 4, pp. 444-449. (In Russian). Kota J., Jokipii J.R. Effects of drift on the transport of cosmic rays. VI. A three-dimentional model including diffusion // The Astrophys. J. 1983. V. 265. P. 573-581. Krymsky G.F., Krivoshapkin P.A., Gerasimova S.K., Grigoryev V.G., Mamrukova V.P. Neutral sheet and drift of particles in long-period cosmic rays variations. Izvestiya RAN. Ser. fizicheskaya [Bull. of the Russian Academy of Sciences: Physics]. 2001b, vol. 65, no. 3, pp. 353-355. (In Russian). Krymsky G.F., Krivoshapkin P.A., Gerasimova S.K., et al. Deformation of the heliospheric current sheet as a reason of long-term cosmic ray variations // Proc. 27th ICRC 2001. Hamburg. Germany. 2001. P. 3871-3873. Krymsky G.F., Krivoshapkin P.A., Gerasimova S.K., Grigoryev V.G., Mamrukova V.P. Deformation of the heliospheric current sheet as a reason of long-term cosmic ray variations. Proc. 27th ICRC 2001. Hamburg. Germany. 2001, pp. 3871-3873. Mavromichalaki H., Paouris E., Karalidi T. Cosmic ray modulation: an empirical relation with solar and heliospheric parameters // Solar Phys. 2007. V. 245. P. 369-390. DOI: 10.1007/s11207-007-9043-1. Mavromichalaki H., Paouris E., Karalidi T. Cosmic-ray modulation: an empirical relation with solar and heliospheric parameters. Solar Phys. 2007, vol. 245, pp. 369-390. DOI: 10.1007/s11207-007-9043-1. Paouris E., Mavromichalaki H., Belov A., et al. Galactic cosmic ray modulation and the last solar minimum // Solar Phys. 2012. V. 280. P. 255-271. DOI: 10.1007/s11207-012-0051-4. Paouris E., Mavromichalaki H., Belov A., Gushchina R.T. Galactic cosmic ray modulation and the last solar minimum. Solar Phys. 2012, vol. 280, pp. 255-271. DOI: 10.1007/ s11207-012-0051-4. Potgieter M.S., Moraal H. A drift model for the modulation of galactic cosmic rays // The Astrophys. J. 1985. V. 294. P. 425-440. Potgieter M.S., Moraal H. A drift model for the modulation of galactic cosmic rays. The Astrophys. J. 1985, vol. 294, pp. 425-440. Reinecke L.J.P., Potgieter S.M., van Staden I.M. The neutral sheet tilt dependence of cosmic ray neutron monitor intensities at different cutoff rigidities // Proc. 21st ICRC. Adelaide. Australia. 1990. V. 6. P. 95-98. Reinecke L.J.P., Potgieter S.M., van Staden I.M. The neutral sheet tilt dependence of cosmic ray neutron monitor intensities at different cutoff rigidities. Proc. 21st ICRC. Adelaide. Australia. 1990, vol. 6, pp. 95-98. Smith E.J., Thomas B.T. Latitudinal extent of the heliospheric current sheet and modulation of galactic cosmic rays // J. Geophys. Res. 1986. V. 91, N A3. P. 2933-2942. DOI: 10.1029/JA091iA03p02933. Smith E.J., Thomas B.T. Latitudinal extent of the heliospheric current sheet and modulation of galactic cosmic rays. J. Geophys. Res. 1986. vol. 91, no. A3. P. 2933-2942. DOI: 10.1029/JA091iA03p02933. Usoskin I.G., Kananen H., Mursula K., et al. Correlative study of solar activity and cosmic ray intensity // J. Geophys. Res. 1998. V. 103, N 5. P. 9567-9574. DOI: 10.1029/97JA03782. Usoskin I.G., Kananen H., Mursula K., Tanskanen P., Kovaltsov G.A. Correlative study of solar activity and cosmic ray intensity. J. Geophys. Res. 1998, vol. 103, no. 5, pp. 9567-9574. DOI: 10.1029/97JA03782. Tomassetti N., Orcinha M., Barão F., Bertucci B. Evidence for a time lag in solar modulation of galactic cosmic rays // The Astrophys. J. Lett. 2017. V. 849, N L32 (6 pp). DOI: 10.3847/2041-8213/aa9373. Tomassetti N., Orcinha M., Barão F., Bertucci B. Evidence for a time lag in solar modulation of galactic cosmic rays. The Astrophys. J. Lett. 2017, vol. 849, no. L32, 6 p. DOI: 10.3847/2041-8213/aa9373. Zhao L.-L., Qin G., Zang M., et al. Modulation of galactic cosmic ray during the unusual solar minimum between cycles 23 and 24 // J. Geophys. Res.: Space Phys. 2014. V. 119, iss. 3. P. 1493-1506. DOI: 10.1002/2013JA019550. Zhao L.-L., Qin G., Zang M., Heber B. Modulation of galactic cosmic ray during the unusual solar minimum between cycles 23 and 24. J. Geophys. Res.: Space Phys. 2014, vol. 119, iss. 3, pp. 1493-1506. DOI: 10.1002/2013JA019550. URL: http://wso.stanford.edu/gifs/Tilts.gif (дата обращения 11 ноября 2019 г.). URL: http://wso.stanford.edu/gifs/Tilts.gif (accessed November 11, 2019). URL: http://www.sidc.be/silso/DATA/SN_m_tot_V2.0.txt (дата обращения 11 ноября 2019 г.). URL: http://www.sidc.be/silso/DATA/SN_m_tot_V2.0.txt (accessed November 11, 2019). URL: https://cosmicrays.oulu.fi (дата обращения 11 ноября 2019 г.). URL: https://cosmicrays.oulu.fi (accessed November 11, 2019).