| Солнечно-земная
Физика
Справочник |
Космические лучи-2
В этом разделе мы рассмотрим вопросы, связанные с проникновением космических лучей в магнитосферу Земли и
прежде всего, теорию Штермера.
После открытия природы космических лучей Штермер произвел расчеты траекторий заряженных частиц в магнитном поле Земли.
В соответствии с теорией Штермера, в каждую точку на поверхности Земли (или в каждую точку магнитосферы)
приходят из открытого космоса все частицы, жесткость которых выше некоторой
величины, называемой жесткостью обрезания.
Жесткость
частицы определяется выражением
g = pc/Ze, (где p - импульс,
Ze - заряд частицы).
Частицы одинаковой жесткости имеют в магнитном поле одинаковый ларморовский радиус ρ=g/B.
Если кинетическая энергия протона равна E МэВ, то жесткость протона в МэВ/с можно оценить с помощью приведенной кривой
Жесткость обрезания
Существует некоторая область жесткостей ниже жесткости обрезания,
т.н. пенумбра, или полутень, в которую проникает часть частиц из определенных направлений (см. рис).
Жесткость обрезания наибольшая на экваторе космических лучей и уменьшается с ростом
широты. т.н. широтный эффект. Соответственно, для частицы с определенной жесткостью имеется
своя широта обрезания, область тени и полутени.
Штермерова длина.
Для оценки возможности проникновения частицы в магнитосферу (дирольное поле) Штермер ввел новую единицу длины:
Здесь Z– заряд частицы в единицах заряда электрона. Переход к штермеровским единицы длины позволяет единообразно
анализировать движение частиц различных энергий. С ростом энергии частицы
S уменьшается. Если S меньше Re, радиус кривизны траектории частицы много меньше Re, в противном случае радиус кривизны меньше земного радиуса.
Теория Штермера широко используется при исследовании магнитосферных
эффектов космических лучей солнечного и галактического происхождения.
Альбедо - поток излучения, отраженный от определенной поверхность или границы двух сред.
Альбедный поток космических лучей из земной атмосферы отличается от падающего потока,
так как содержит в основном вторичные частицы.
Альбедная теория объясняет происхождение внутреннего (протонного) радиационного
пояса захватом альбедного потока космических лучей.
Перезарядка.
Проходя через вещество (атмосферу, межзвездный газ) протон или более тяжелая
частица могут временно захватывать электрон, превращаясь в нейтральную частицу и
тем самым меняя характер движения в магнитном поле. Процесс перезарядки
обеспечивает проникновение ионов в запрещенные области.
Для Земли:
Штермеровская длина
ls = (mo . M . |q| / ( 4 p m v)) 1/2
M = 8.1 . 10 22 A.m2
Если ls > r, радиус кривизны (R) существенно меньше r – это частицы с малой жесткостью
Если ls < r, R > r
здесь r — размер магнитосферы
Частицы делятся на две категории: если
Штермеровская длина меньше или равна размеру магнитосферы, (для протонов с энергией больше 10 МэВ,
для электронов больше 100 МэВ) частицы проникают в магнитосферу (ГКЛ и СКЛ больших энергий),
в противном случае частицы не проникают, только захвачены в магнитосфере (частицы радиационных поясов,
авроральные чатицы и плазма).
Оценка жесткости обрезания:
Простое вырожение для обрезания по Штермеру в дипольном поле (прямое проникновение для всех
частиц с R < Rs запрещено):
Rs = (M.cos4(λ))/{r2.[1 + (1 – cos3(λ).cos(ε).sin(ξ))1/2]2}
M — момент диполя, нормализованная величина 59.6 для r в земных радиусах и Rs в GV
λ - магнитная широта; r - расстояние от центра диполя в земных радиусах
ε - азимутальный угол измеряемый по часовой стрелку от геомагнитного восточного направления
(для положительных частиц)
ξ - угол от направления местного магнитного зенита
О вариациях галактических космических лучей см. forbush.htm
Назад, к оглавлению справочника
Для связи: lll@srd.sinp.msu.ru
последнее обновление - 28.09.2010,12.11.12