Низкотемпературные периоды в солнечном ветре и Форбуш-понижения: статистическое сравнение

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

На основе большого экспериментального материала проводилось сопоставление почасовых значений протонной температуры и скорости солнечного ветра, вычислялась ожидаемая протонная температура и температурный индекс – отношение наблюдаемой температуры к ожидаемой. С использованием базы данных вариаций космических лучей, с 1997 по 2022 гг. были выделены низкотемпературные периоды – интервалы длительностью более 2 ч, в которых почасовые значения температурного индекса не превышают 0.5. В работе исследовались: а) статистические связи между параметрами низкотемпературных периодов и характеристиками Форбуш-понижений, связанных с разными типами солнечных источников; б) распределения параметров низкотемпературных периодов для межпланетных возмущений, содержащих или не содержащих магнитное облако. Полученные результаты показали, что с ростом длительности низкотемпературного периода доля событий, связанных с выбросами из активных областей, растет, а доля рекуррентных событий и событий, связанных с выбросами вне активных областей, уменьшается. Корреляция параметров низкотемпературных периодов с амплитудой Форбуш-понижения слабая, с экваториальной анизотропией космических лучей – умеренная, с северо-южной анизотропией – значительная. Скорость солнечного ветра и величина магнитного поля умеренно коррелируют с температурным индексом, а корреляция размаха этих параметров с длительностью низкотемпературных периодов значительная или сильная.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. А. Мелкумян

Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н.В.Пушкова РАН (ИЗМИРАН)

Email: abunina@izmiran.ru
Россия, Москва, Троицк

Н. С. Шлык

Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н.В.Пушкова РАН (ИЗМИРАН)

Email: abunina@izmiran.ru
Россия, Москва, Троицк

А. В. Белов

Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н.В.Пушкова РАН (ИЗМИРАН)

Email: abunina@izmiran.ru
Россия, Москва, Троицк

М. А. Абунина

Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н.В.Пушкова РАН (ИЗМИРАН)

Автор, ответственный за переписку.
Email: abunina@izmiran.ru
Россия, Москва, Троицк

А. А. Абунин

Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н.В.Пушкова РАН (ИЗМИРАН)

Email: abunina@izmiran.ru
Россия, Москва, Троицк

В. А. Оленева

Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н.В.Пушкова РАН (ИЗМИРАН)

Email: abunina@izmiran.ru
Россия, Москва, Троицк

В. Г. Янке

Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н.В.Пушкова РАН (ИЗМИРАН)

Email: abunina@izmiran.ru
Россия, Москва, Троицк

Список литературы

  1. Абунина М.А., Белов А.В., Шлык Н.С., Ерошенко Е.А., Абунин А.А., Оленева В.А., Прямушкина И.И., Янке В.Г. Форбуш-эффекты, созданные выбросами солнечного вещества с магнитными облаками // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 61. № 5. С. 572–582. 2021. https://doi.org/10.31857/S0016794021050023
  2. Белов А.В., Ерошенко Е.А., Янке Г.В., Оленева В.А., Абунина М.А., Абунин А.А. Метод глобальной съемки для мировой сети нейтронных мониторов // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 58. № 3. С. 374–389. 2018. https://doi.org/10.7868/S0016794018030082
  3. Ермолаев Ю.И., Николаева Н.С., Лодкина И.Г., Ермолаев М.Ю. Каталог крупномасштабных явлений солнечного ветра для периода 1976–2000 гг. // Космич. исслед. Т. 47. № 2. С. 99–113. 2009.
  4. Мелкумян А.А., Белов А.В., Абунина М.А., Абунин А.А., Ерошенко Е.А., Оленева В.А., Янке В.Г. Основные свойства Форбуш-эффектов, связанных с высокоскоростными потоками из корональных дыр // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 58. № 2. С. 163–176. 2018. https://doi.org/10.7868/S0016794018020025
  5. Мелкумян А.А., Белов А.В., Абунина М.А., Абунин А.А., Ерошенко Е.А., Оленева В.А., Янке В.Г. Поведение скорости и температуры солнечного ветра в межпланетных возмущениях, создающих Форбуш-понижения // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 60. № 5. С. 547–556. 2020. https://doi.org/10.31857/S0016794020040100
  6. Шлык Н.С., Белов А.В., Абунина М.А., Ерошенко Е.А., Абунин А.А., Оленева В.А., Янке В.Г. Влияние взаимодействующих возмущений солнечного ветра на вариации галактических космических лучей // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 61. № 6. С. 694–703. 2021. https://doi.org/10.31857/S0016794021060134
  7. Belov A.V., Eroshenko E.A., Oleneva V.A., Struminsky A.B., Yanke V.G. What determines the magnitude of forbush decreases? // Adv. Space Res. V. 27. № 3. P. 625–630. 2001. https://doi.org/10.1016/S0273-1177(01)00095-3
  8. Belov A.V. Forbush effects and their connection with solar, interplanetary and geomagnetic phenomena // Proc. IAU Symposium. № 257. P. 119–130. 2009. https://doi.org/10.1017/S1743921309029676
  9. Belov A., Abunin A., Abunina M., Eroshenko E., Oleneva V., Yanke V., Papaioannou A., Mavromichalaki H. Galactic cosmic ray density variations in Magnetic Clouds // Solar Phys. V. 290. P. 1429–1444. 2015. https://doi.org/10.1007/s11207-015-0678-z
  10. Bothmer V., Zhukov A. The Sun as the prime source of space weather. In: Space Weather- Physics and Effects. Springer Praxis Books. Springer, Berlin, Heidelberg. P. 31–102. 2007. https://doi.org/10.1007/978-3-540-34578-7_3
  11. Burlaga L.F., Ogilvie K.W. Heating of solar wind // ApJ. V. 159. P. 659–670. 1970. https://doi.org/10.1086/150340
  12. Burlaga L., Sittler E., Mariani F., Schwenn R.J. Magnetic loop behind an interplanetary shock: Voyager, Helios, and IMP 8 observations // J. Geophys. Res. V. 86. P. 6673–6684. 1981. https://doi.org/10.1029/JA086iA08p06673
  13. Burlaga L., Klein L., Sheeley N.R. Jr., Michels D.J., Howard R.A., Koomen M.J., Schwenn R., Rosenbauer H. A magnetic cloud and a coronal mass ejection // Geophys. Res. Lett. V. 9. № 12. P. 1317–1320. 1982. https://doi.org/10.1029/GL009i012p01317
  14. Cane H.V. CMEs and Forbush decreases // Space Sci. Revs. V. 93. № 1–2. P. 55–77. 2000. https://doi.org/10.1023/A:1026532125747
  15. Chaddock R.E. Principles and Methods of Statistics (1st ed.). Boston: Houghton Mifflin Company, 471 p. 1925.
  16. Demouline P. Why Do Temperature and Velocity Have Different Relationships in the Solar Wind and in Interplanetary Coronal Mass Ejections? // Sol. Phys. V. 257. P. 169–184. 2009. https://doi.org/10.1007/s11207-009-9338-5
  17. Elliott H.A., McComas D.J., Schwadron N.A., Gosling J.T., Skoug R.M., Gloeckler G., Zurbuchen T.H. An improved expected temperature formula for identifying interplanetary coronal mass ejections // J. Geophys. Res. V. 110. № A4. ID A04103. 2005. https://doi.org/10.1029/2004JA010794
  18. Elliott H.A., Henney C.J., McComas D.J., Smith C.W., Vasquez B.J. Temporal and radial variation of the solar wind temperature-speed relationship // J. Geophys. Res. Space. V. 117. ID A09102. 2012. https://doi.org/10.1029/2011JA017125
  19. Elliott H.A., McComas D.J., DeForest C.E. Long-term trends in the solar wind proton measurements // Astrophys.J. V. 832. № 1. ID. 66. 2016. https://doi.org/10.3847/0004-637X/832/1/66
  20. Forbush S.E. On the effects in the cosmic-ray intensity observed during magnetic storms // Phys. Rev. V. 51. P. 1108–1109. 1937. https://doi.org/10.1103/PhysRev.51.1108.3
  21. Gopalswamy N., Akiyama S., Yashiro S., Mäkelä P. Coronal Mass Ejections from Sunspot and non-Sunspot Regions. In Magnetic Coupling between the Interior and the Atmosphere of the Sun, eds. Hasan S. S. and Rutten R. J., Astrophysics and Space Science Proc., Springer Berlin Heidelberg. P. 289–307. 2010а. https://doi.org/10.1007/978-3-642-02859-5_24
  22. Gopalswamy N., Xie H., Mäkelä P., Akiyama S., Yashiro S., Kaiser M.L., Howard R.A., Bougeret J.-L. Interplanetary shocks lacking type II radio bursts // Astrophys. J. V. 710. № 2. P. 1111–1126. 2010b. https://doi.org/10.1088/0004-637X/710/2/1111
  23. Gosling J.T., Pizzo V., Bame S.J. Anomalously low proton temperatures in the solar wind following interplanetary shock waves – Evidence for magnetic bottles? // J. Geophys. Res. V. 78. № 13. P. 2001–2009. 1973. https://doi.org/10.1029/JA078i013p02001
  24. Gosling J.T. Coronal mass ejections and magnetic flux ropes in interplanetary space // Geophys. Monogr. V. 58. P. 343–364, 1990. https://doi.org/10.1029/GM058p0343
  25. Huttunen K.E.J., Schwenn R., Bothmer V., Koskinen H.E.J. Properties and geoeffectiveness of magnetic clouds in the rising, maximum and early declining phases of solar cycle 23 // Annales Geophysicae. V. 23. № 2. P. 625–641. 2005. https://doi.org/10.5194/angeo-23-625-2005
  26. Iucci N., Parisi M., Storini M., Villoresi G. Forbush decreases: origin and development in the interplanetary space // Nuovo Cimento C. V. 2. P. 1–52. 1979.
  27. Kim R.S., Gopalswamy N., Cho K.S., Moon Y.J., Yashiro S. Propagation Characteristics of CMEs associated with Magnetic Clouds and Ejecta // Solar Physics. V. 284. № 1. P.77–88. 2013. https://doi.org/10.1007/s11207-013-0230-y
  28. King J.H., Papitashvili N.E. Solar wind spatial scales in and comparisons of hourly Wind and ACE plasma and magnetic field data // J. Geophys. Res. V. 110. I. A2. A02104. 2005. https://doi.org/10.1029/2004JA010649
  29. Kumar A., Badruddin. Interplanetary coronal mass ejections, associated features, and transient modulation of galactic cosmic rays // Solar Phys. V. 289. P. 2177–2205. 2014. https://doi.org/10.1007/s11207-013-0465-7
  30. Lockwood J.A. Forbush decreases in the cosmic radiation // Space Sci. Revs. V. 12. № 5. P. 658–715. 1971.
  31. Lopez R.E., Freeman J.W. The solar wind proton temperature-velocity relationship // J. Geophys. Res. V. 91. P. 1701–1705. 1986. https://doi.org/10.1029/JA091iA02p01701
  32. Lopez R.E. Solar cycle invariance in solar wind proton temperature relationships // J. Geophys. Res. V. 92. P. 11189–11194. 1987. https://doi.org/10.1029/JA092iA10p11189
  33. Lynch B.J., Zurbuhen T.H., Fisk L.A., Antiochos S.K. Internal structure of magnetic clouds: Plasma and composition // Journal of Geophysical Research Space Physics. V. 108. № A6. ID 1239. 2003. https://doi.org/10.1029/2002JA009591
  34. Lynch B.J., Gruesbeck J.R., Zurbuchen T.H., Antiochos S.K. Solar cycle–dependent helicity transport by magnetic clouds // Journal of Geophysical Research. V. 110. № A8. ID A08107. 2005. https://doi.org/10.1029/2005JA011137
  35. Marubashi K., Lepping R.P. Long-duration magnetic clouds: a comparison of analyses using torus- and cylinder-shaped flux ropes models // Annales Geophysicae. V. 25. № 11. P. 2453–2477. 2007. https://doi.org/10.5194/angeo-25-2453-2007
  36. Matzka J., Stolle C., Yamazaki Y., Bronkalla O., Morschhauser A. The geomagnetic Kp index and derived indices of geomagnetic activity // Space Weather. V. 19. № 5. Article ID e2020SW002641. 2021. https://doi.org/10.1029/2020SW002641
  37. Matthaeus W.H., Elliot H.A., McComas D.J. Correlation of speed and temperature in the solar wind // J. Geophys. Res. V. 111. № A10. ID A10103. 2006. https://doi.org/10.1029/2006JA011636
  38. Melkumyan A.A., Belov A.V., Abunina M.A., Abunin A.A., Eroshenko E.A., Yanke V.G., Oleneva V.A. Solar wind temperature-velocity relationship over the last five solar cycles and Forbush decreases associated with different types of interplanetary disturbance // MNRAS. V. 500. № 3. P. 2786–2797. 2021. https://doi.org/10.1093/mnras/staa3366
  39. Melkumyan A.A., Belov A.V., Abunina M.A., Shlyk N.S., Abunin A.A., Oleneva V.A., Yanke V.G. Forbush decreases associated with coronal mass ejections from active and non-active regions: statistical comparison // MNRAS. V. 515. № 3. P. 4430–4444. 2022. https://doi.org/10.1093/mnras/stac2017
  40. Neugebauer M., Snyder C.W. Mariner 2 Observations of the solar wind: 1. Average properties // J. Geophys. Res. V. 71. P. 4469–4484. 1966. https://doi.org/10.1029/JZ071i019p04469
  41. Neugebauer M., Steinberg J.T., Tokar R.L., Barraclough B.L., Dors E.E., Wiens R.C., Gingerich D.E., Luckey D., Whiteaker D.B. Genesis on-board determination of the solar wind flow regime // Space Sci. Rev. V. 105. P. 661–679. 2003. https://doi.org/10.1023/A:1024478129261
  42. Richardson I.G., Cane H.V. Regions of abnormally low proton temperature in the solar wind (1965–1991) and their association with ejecta // J. Geophys. Res. V. 100. № A12. P. 23397–23412. 1995a. https://doi.org/10.1029/95JA02684
  43. Richardson I.G., Cane H.V. Regions of abnormally low proton temperature as signatures of ejecta in the solar wind and their solar cycle dependence / 24th ICRC. Rome, Italy, 1995. V. 4. P. 868–871. 1995b.
  44. Richardson I.G. Energetic Particles and Corotating Interaction Regions in the Solar Wind // Space Sci. Rev. V. 111. № 3. P. 267–376. 2004. https://doi.org/10.1023/B:SPAC.0000032689.52830.3e
  45. Richardson I.G., Cane H.V. Near-Earth interplanetary coronal mass ejections during solar cycle 23 (1996–2009): Catalog and summary of properties // Solar Phys. V. 264. № 1. P. 189–237. 2010. https://doi.org/10.1007/s11207-010-9568-6
  46. Shlyk N.S, Belov A.V., Abunina M.A., Abunin A.A., Oleneva V.A., Yanke V.G. Forbush decreases caused by paired interacting solar wind disturbances // Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. V. 511. № 4. P. 5897–5908. 2022. https://doi.org/10.1093/mnras/stac478
  47. Zhang G., Burlaga L. Magnetic clouds, geomagnetic disturbances, and cosmic ray decreases // J. Geophys. Res. V. 93. № A4. P. 2511–2518. 1988. https://doi.org/10.1029/JA093iA04p02511

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Пример ФП из группы СМЕ+МС.

Скачать (79KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Гистограммы параметров SUM, B, KT в группах FULL и FD (из соображений масштаба не показаны значения SUM = 3.64 в группе FULL, B = 47.9 нТл в обеих группах).

Скачать (54KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Доля событий, связанных с солнечными источниками разных типов, при длительности НТП > 2 ч, 10 ч, 18 ч и 40 ч.

Скачать (31KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Диаграммы размаха параметров DUR, KT, SUM, CR, B, V в группах СME1, CME2, MIX и СН (из соображений масштаба не показаны значения B = 47.90 нТл, B = 33.53 нТл, B = 30.78 нТл, V = 1069 км/c в группе СМЕ1 и CR = 11.58 % в группе MIX).

Скачать (45KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Гистограммы параметров DUR, KT, SUM, CR, B, V в группах FD+MC и FD–MC (из соображений масштаба не показаны значения B = 47.90 нТл, V = 1069 км/c в группе FD+MC и B = 33.53 нТл, B = 30.78 нТл, CR = 11.58 % в группе FD–MC).

Скачать (71KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Графики кумулятивной функции распределения параметров DUR и KT в группах СМЕ+МС и СМЕ–МС.

Скачать (32KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024