Исследование высыпаний высокоэнергичных электронов, зарегистрированных в земной полярной атмосфере тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.23 ВАК РФ

Российская академия наук Физический институт им. П.Н. Лебедева

I

На правах {г)«описи

1 ■ уда: 523.165'

Махмутов Владимир Салимгереевич

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЫСЫПАНИЙ ВЫСОКОЭНЕРГИЧНЫХ ЭЛЕКТРОНОВ, ЗАРЕГИСТРИРОВАННЫХ В ЗЕМНОЙ ПОЛЯРНОЙ АТМОСФЕРЕ

Специальность: 01.04.23 - физика высоких энергий

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

Москва 2005

Работа выполнена в ордена Ленина Физическом институте им. П.Н. Лебедева Российской Академии Наук

Офи дяальные оппоненты: доктор физико-математических наук

Э.В. Вашенюк (ЛГИ КНЦ РАН, г. Апатиты)

доктор физико-математических наук, профессор В.А. Дергачев (ФТИ РАН, г. Санкт-Петербург)

доктор физико-математических наук, профессор Н.Ф. Писаренко (ИКИ РАН, г. Москва)

Ведущая организация: Институт земного магнетизма и распространения

радиоволн (ИЗМИРАН, г. Троицк МО)

Защити состоится "_" ____ 2005 г. в_часов на заседании

Специализированного Совета Д002.023.02 Физического института им. П.Н. Лебедева РАН по адресу:

119991 г. Москва, Ленинский проспект, 53. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФИАН. Автореферат разослан "_"_ 2005 г.

Ученый секретарь Специализированного Совета доктср физико-математических наук

Я.Н. Истомин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность работы. Работа посвящена изучению процессов высыпишя высокоэнергичных электронов из магнитосферы в атмосферу Земли. Экспериментальные данные получены в долговременном эксперименте по измерению потоков космичеасих лучей на баллонах в стратосфере, проводимом лабораторией физики Солнца и космических лучей (ЛФС и КЛ) ФИАН. Этот эксперимент берет начало с 1957 г. -Международного Геофизического Года - и продолжается в настоящее время.

Измерения проводятся на нескольких географических широтах, в том числе в северных и южных полярных областях, что позволяет наблюдать высытаиия высокоэнергичных электронов из земной магнитосферы в атмосферу. Магнитосс^фа Земли содержит несколько популяций энергичных заряженных частиц (протонсв и электронов), которые отличаются разными динамическими свойствами. Наиболее устойчивыми образованиями являются внутренний и внешний радиационные полса Земли, образованные частицами, захваченными геомагнитным полем. Взаимодейс-цие магнитосферы Земли с набегающими потоками высокоскоростной плазмы солнечного ветра приводит к появлению дополнительных потоков заряженных частиц, которые при определенных. условиях могут высыпаться в земную атмосферу. Исследование временных, энергетических и пространственных характеристик, этих популяций заряженных частиц (например, высокоэнергичных электронов) в земной магнитосфер, как экспериментальными методами так и теоретическими, является одним из центральных направлений в физике магнитосферы и связано с фундаментальной задачей исследования физических механизмов ускорения, переноса, удержания и потерь заряженных частиц в магнитосфере Земли и других планет, имеющих магнитное поле. Важными являются вопросы, каким образом энергия межпланетных возмущекий (например, высокоскоростных потоков солнечного ветра, межпланетных ударных волн) передается в магнитосферу, каким образом создаются необходимые условия для эффективного ускорения заряженных частиц в межпланетной среде и земиэй магнитосфере.

Ускоренные потоки высокоэнергичных электронов ответственны за многие процессы в цепи солнечно-земных связей, оказывают существенное влияние на физико-химические свойства земной атмосферы. Поэтому необходим анализ экспериментальных данных о высыпаниях высокоэнергичных (релятивистских) электронов в земную атмосферу, полученных яа протяжении почти 50-летнего »»пгчтгппп даст ноъ>к>

3 I БИБЛИОТЕКА "1

важн)м информацию. Полученные результаты могут быть использованы для долгосрочного (в одиннадцатилетнем цикле солнечной активности), краткосрочного (напр!мер, сезонных вариаций на протяжении года) и оперативного прогнозирования появления значительных потоков высокоэнергичных электронов в земной магнитосфере и атмэ:фере. Последнее имеет важное научное и практическое значение. В частности, известно, что эти электроны (т.н. электроны - убийцы, "killers") являются основной причиной нарушений функционирования бортовой аппаратуры и систем связи на косм^еских аппаратах во время геомагнитных возмущений. Релятивистские электроны пронниают достаточно глубоко в наружные элементы и электрическую проводку," вызьшЁ1Я появление наведенных статических зарядов и электрических пробоев, что приветят к многочисленным нарушениям в электрических цепях, навигационных и научных комплексах бортовой аппаратуры. Широко известен случай потери связи и возникновения нарушений в приборах контроля на канадских спутниках Intelsat К, ANIK Е2 и др. во время геомагнитных возмущений 20 января 1994 г. Актуальность и практическая важность данного направления исследований нашли отражение во многих международных программах (например, программа "Living With A Star (NRA-03-OSS-Ol-LWS)'r). В частности, исследования последних лет показали, что потоки высыпающихся энергичных частиц (как во время солнечных вспышек, так и во время геомагнитных возмущений) оказывают существенное влияние на образование в мезосфере и нижней термссфере (диапазон высот ~ 60-100 км) нечетных молекул NOy. Эти долгоживущие (несколько месяцев) химические составляющие переносятся из верхних слоев атмосферы на средние высоты ~ 25 км и существенно влияют на содержание озона в земной атмосфере. Эффект от высыпающихся частиц сравним с эффектом, производимым вариациями солнечного излучения в 11-летнем цикле солнечной активности.

Характеристики потоков высыпающихся электронов на границе атмосферы и потоков вторичных тормозных фотонов можно установить непосредственно из данных баллонных измерений ФИ АН и использовать их при проведении расчетов скорости ионообразоваиия во время электронных высыпаний, радиационной нагрузки на космические аппараты; такие данные необходимы также для проведения модельных расчетов физических и химических процессов в земной атмосфере. В настоящее время высыпания энергичных электронов регистрируются на спутниках. Однако только данные, полученные в ФИ АН, позволяют исследовать это явление на протяжении многих десятков лет при неизменном положении станций наблюдения.

Целью настоящей работы является новое направление, развиваемое в ЛФС и КЛ ФИАН в последние годы - исследование природы и пространственно-времгнных, энергетических характеристик физического явления - высыпания потоков высокоэнергичных электронов в земную атмосферу. Основным экспериментальным материалом исследований являются данные измерений потоков космических лучей в атмосфере, полученные в ФИАНе с 1957 года по настоящее время.

Основными задачами данной работы является:

1. Обработка и анализ первичных экспериментальных данных стратосферных измерений на высокоширотных станциях, физическое обоснование и разработка методов выделения событий с высыпаниями высокоэнергичных электронов в земную атмосферу и определение основных характеристик потоков тормозных фотонов в атмосфере во время этих событий.

2. Проведение численных расчетов процесса распространения высыпающихся элекгронов и вторичных фотонов в земной атмосфере, определение энергетического спектра высыпающихся электронов на границе атмосферы по данным наблюдений в стратисфере.

3. Анализ пространственно - временных и энергетических характеристик вышпаний электронов по данным одновременных наблюдений событий в атмосфере на разных геомагнитных, долготах. Исследование временных вариаций потоков высыпающихся электронов во время отдельных случаев высыпаний. Анализ физических условий в межпланетном пространстве и земной магнитосфере, сопутствующих высыпаниям высокоэнергичных электронов.

4. Исследование одиннадцатилетних и сезонных вариаций в частоте событий высыпаний электронов в земной атмосфере и установление связи этих вариаций с процесыми на Солнце, межпланетной среде и в геомагнитном поле.

5. Анализ особого класса электронных высыпаний - высыпаний во время солнечных протонных событий. Разработка метода разделения протонной и электронной компонент во время таких событий и восстановления характеристик первичного потока высыпающихся электронов.

Научная новизна работы. В настоящее время в мире не существует аналогов наблюдений высыпаний высокоэнергичных (релятивистских) электронов в земную атмосферу на протяжении около 50 лет, что и определяет в первую очередь новизну и уникальность полученных в работе результатов. Впервые на современном уровне, сделан вывод о распределении высыпаний высокоэнергичных электронов в цикле сопчечной активности, о наличии полугодовой (сезонной) волны в появлении этих событий. Новыми

5

являются результаты исследований высыпаний электронов во время солнечных прстонных событий. Впервые проведены детальные расчеты процесса прохождения первичного потока электронов и вторичных тормозных фотонов через земную атмосферу, применительно к стратосферному эксперименту; получены энергетические и угловые характеристики потоков вторичных фотонов на различных урювнях атмосферы в применении к стратосферному эксперименту по космическим лучам. Создан уникальный калмог событий электронных высыпаний, зарегистрированных в полярной атмосфере в период 1958-2003 гг. на станциях стратосферного зондирования в северных полярных шпротах (Оленья (Мурманская обл.), Норильск и Тикси) и в Антарктиде (o6ç. Мирный).

Вклад автора. Автор работы в течение более 18 лет является непосредственным участником стратосферного эксперимента по космическим лучам, проводимого сотрудниками ЛФС и КЛ Физического института им. П.Н. Лебедева Российской академии нау<. Постановка задач, физическое обоснование и разработка методов их решения, проведение необходимых расчетов, обработка и анализ большой совокупности данных, вкигочая первичные экспериментальные данные стратосферного зондирования на полярных станциях (с 1957 г. - по настоящее время), получение результатов по теме диссертации выполнены непосредственно автором работы или под его руководством. Основные статьи, опубликованные по результатам представленной работы, написаны при определяющем вкладе автора диссертации.

Апробация работы. Основные результаты диссертации были представлены и обггждались йа семинарах и конференциях, как отечественных так и зарубежных: на российских конференциях по космическим лучам в 1993, 1999, 2002 и 2004 гг., на ежегодных всероссийских семинарах по физике авроральных явлений в г. Апатиты (ЛГИ КНЦ РАН) в 2001 и 2003 гг., VII-ой Пулковской Международной конференции по физике Солнца в г. Санкт-Петер>бург в 2003 г., Международном семинаре "Auroral phenomena and Solar-Terrestrial Relations" в г. Москве в 2003 г., международных симпозиумах COSPAR в Германии (2002 г.) и во Франции (2004 г.), на Европейских симпозиумах по космическим лучам в Польше (2000 г.), России (2002 г.) и Италии (2004 г.). на международных конференциях по космическим лучам в США (1993 г.), Италии (1995 г.), Германии (2001 г.) и Японии (2003 г.). Публикации. По материалам диссертации опубликовано 32 работы. Ofi.eM диссертации. Диссертация содержит 209 страниц в том числе 42 рисунка, 9 таблиц и состоит из Введения, пяти глав, заключения, 2-х приложений и списка литературы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность научного направления - исследовался высыпаний высокоэнергичных электронов, зарегистрированных в земной полярной атмосфере. Кратко рассмотрены возможности использования данных стратосферного эксперимента по космическим лучам для исследования этого явления, (¡формулированы основные задачи данной работы и пути их решения. Дано краткое описание содержания диссертации.

В первой главе представлен краткий обзор основных источников электронов в ближайшем околоземном пространстве, к которым относятся солнечные вспышки и солнечные протонные события, потоки высокоэнергичных электронов от Юпитера и магнитосферные электроны. Изложены основные результаты, полученные ранее в исследовании высыпаний электронов разными авторами с использованием результатов наблюдений в атмосфере.

Показано уникальное место экспериментальных данных стратосферного эксперимента в исследовании событий с высыпаниями электронов. В частности отмечено, что эти данные получены в стационарных пунктах, в условиях постоянных геомагнитных'координат. Этот факт, в совокупности со стандартной предполетной калибровкой каждого радиозонда, обеспечивает однородность данных, полученных на протяжении почти 50 лет. В свою очередь это позволяет исследовать пространственно-временные характеристики событий как на протяжении одного события, так и вс<й совокупности событий в течение 11-летнего цикла солнечной активности и т.д. Спектры поглощения фотонов в атмосфере определенные во время высыпаний электровоз, служат экспериментальной основой для установления энергетических спект^юв первичных электронов (в диапазоне энергий десятки кэВ - несколько МэВ) на грант.,е атмосферы. Следует отметить, что помимо экспериментов в атмосфере, высыпающим я электроны исследуется интенсивно и иа околоземных космических аппаратах. Однако в этом случае (1) практически не существует единого однородного ряда данных на протяжении более, чем 1-го цикла солнечной активности и (2) вследствие быстрою перемещения спутника по орбите возникают трудности разделения пространственных и временных вариаций потока высыпающихся электронов, который имеет тонкую пространственно-временную структуру.

Во второй главе изложены основы долговременного баллонного эксперимента по космическим лучам, который начался в СССР в 1957 г. - Международном Геофизическом Году под руководством академика С.Н. Вернова и А.Н. Чарахчьяна, и проводится в настоящее время сотрудниками лаборатории физики Солнца и космических лучей Физического Института им. П.Н. Лебедева Российской Академии Йаук. К основным задачам этого эксперимента относится следующее: (1) исследование долговременных и короткопериодических вариаций потоков галактических космических лучей (ГКЛ) и изучение физических механизмов, приводящих к модуляции ГКЛ в межзвездной среде и в гелиосфере; (2) исследование механизма генерации заряженных частиц на Солнце, процессов распространения солнечных космических лучей (СКЛ) в межпланетной среде; изучение механизмов ускорения заряженных частиц в межпланетной среде; (3) исследование физического механизма влияния потоков космических лучей, на глобальную электрическую цепь и ряд атмосферных процессов: ионообразоваяие, образование облачности и выпадение осадков, грозовую активность и т.д. В последние годы автором данной работы с сотрудниками развивается новое направление с использованием стратосферных данных - исследование высыпаний высокоэнергачных электронов в полярную атмосферу. Экспериментальную основу данной работы составили результаты наблюдений этих событий на высокоширотных станциях стратосферного зондирования Оленья (Мурманская область), Мирный (Антарктида), Тикси, Норильск и др. в период 19572003 гг. В Таблице 1 представлена основная информация о высокоширотных станциях стратосферного зондирования, данные которых были проанализированы. Для каждой станции указаны географические и геомагнитные координаты, период проведения регулярных измерений, величина вертикальной жесткости геомагнитного обрезания (11с), величина параметра Мак-Илвайна (1); полное число проведенных полетов и число зарегистрированных высыпаний высокоэнергичных электронов за указанный период. № данных Таблицы 1 следует важный вывод о том, что высыпания наблюдаются в авроральной (или прилегающей к ней) зоне, где находятся станции Оленья, Норильск и Тикси. Станции Баренцбург, Мирный и Восток ках правило расположены в области открытых силовых линий геомагнитного поля, и там высыпания практически не наблюдаются. Интересен тот факт, что на ст. Мирный, расположенной вне авроральной зоны за 40 лет непрерывных наблюдений зарегистрированы 10 случаев высыпаний высокоэнергичных электронов. Это позволяет путем сравнительного анализа в ряде событий надежно различить источники наблюдаемых электронов магнитосферного и

8

Таблица 1. Основные -сведения о станциях стратосферного зондирования, данные которых использованы при анализе высыпаний высокоэнергичных электронов в земной атмосфере: географические и геомагнитные координаты; период измерений; вертикальная жесткость геомагнитного обрезания (Яс); параметр Мак-Илвайна (Ь в ед.-х земного радиуса Щ; знак ' -' соответствует положению станции в зоне открытых силовых линий геомагнитного поля); полное число проведенных запусков (полетов) и/или частота запусков и полное число зарегистрированных высыпаний высокоэнергичных электронов.

N п/п Станция Координаты Период измерений Жесткость геом. обрсз.-я йс, (ТВ) Параметр Ь Частота запусков (число проведен, запусков) Число зарегистр. высыпаний электронов

географ.-е (долгота, широта) геомаг.-е (долгота, широта)

1 Оленья, Мурманская область 68°57' N 33°03'Е 65°07' 132°2Г 08/195712/2003 0.6 5.6 ~ ежедневно (-13000) 488

2 Мирный, Антарктида 66°34' в 92°55'Е -77°40' 143°24' 03/196312/2003 0.03 - ~ ежедневно (-10000) 10

3 Тикси 71°60'М 128°90' Е 65в48' 215°22' 02/197810/1987 0.5 5.9 486 17

4 Норильск 69°26' N 88°00' Е 64°05' 179°55' 11/197406/1982 0.60 5.2 757 11

5 Баренцбург 78°36' N 16°24'Е 75°03' 114°89' 05/198207/1983 0.06 - 59 0

6 Восток, Антарктида 78°47' Б 106°8Т Е 8647* 53°74' 01-02/1980 0 - 33 0

межпланетного (солнечного) происхождений. Полученный долговременный экспериментальный ряд данных является уникальным, и по сей день не имеет аналогов в мировой практике. Остановимся более подробно на описании стратосферного эксперимента по космическим лучам.

Измерение потоков космических лучей в земной атмосфере проводится с помощью стандартных радиозондов, поднимаемых на баллонах до высот 25-3S км. Депктор заряженных частиц радиозонда состоит из 2-х цилиндрических счетчиков Гейгера, составляющих вертикальный телескоп, с алюминиевым фильтром между ними. Предполетная калибровка каждого счетчика на контрольном стенде обеспечивает однородность всего долговременного ряда данных стратосферного эксперимента с 1957 г. по сей день. Рабочий размер счетчиков составляет 9.8 см в длину и 1.S см в диаметре. Толщина стальных стенок счетчиков составляет 0.05 г-см"2, толщина .¿/-фильтра равна 7 мм (2 г-см"2). Верхний одиночный счетчик регистрирует все в травленный поток заряженных частиц: электроны с энергиями Е,>0.2 МэВ и протоны Ер>5 МэВ. Кроме того, одиночный счетчик также чувствителен к потоку гамма квантов (Е>0.02 МэВ) с эффективностью < 1%, в то время как эффективность регистрации заряженных частиц близка к 100%. Телескоп регистрирует поток заряженных частиц с энергией Ее>5 МэВ- для электронов и Ер>30 МэВ - для протонов, внутри телесного угла ~ 1 ср и не чувствителен к у-лучам. Таким образом, радиозонд одновременно регистрирует всенаправленный и вертикальный потоки заряженных часгнц в атмосфере. Геометрический фактор одиночного счетчика и телескопа, в случае изопюпного распределения заряженных частиц в атмосфере составляет 15.1 см"2 и 17.8 см*3-(;р"', соответственно. Дополнительно, в состав радиозонда входит барограф, позволяющий определить высоту (глубину остаточного атмосферного давления - X (г-см'2)) во время подъема баллона в атмосфере.

Данные радиозонда ежеминутно передаются на наземный приемный пункт с помощью радиопередатчика, работающего на частотах 110-140 MHz, где и регистрируются системой приема и записи информации. В каждом полете радиозонда полу-чаются экспериментальные данные о распределении потоков заряженных частиц в атм!>;фере в зависимости от атмосферного давления (глубины остаточной атмосферы), X, г-см'2. На основе этих данных получаются кривые поглощения космических лучей в атмосфере, или переходные кривые, обусловленные взаимодействием потоков ГКЛ в атмосфере. Эти кривые, полученные в условиях спокойной межпланетной и геомагнитной обстановки (в отсутствие солнечных протонных событий, высыпаний

10

энергичных электронов в атмосферу, а также в отсутствие радиоактивных облаков в атмосфере), характеризуются монотонным возрастанием темпа счета частиц с ростом высоты в атмосфере до максимума (т.н. максимум Пфотцера). Затем происходит плавное уменьшение темпа счета вплоть до границы атмосферы (Х=0). Положение максимума по глубине атмосферы (X) и его величина отличаются для разных станций стратосферного зондирования и меняются в цикле солнечной активности. Во время высыпаний высокоэнергичных электронов е. атмосферу, вид этих фоновых кривых существенно изменяется.

х,г.см'2 Х,г>см'2

Рис. 1. Переходные кривые заряженных частиц в атмосфере, обусловленные потоками ГКЛ, представлены кривыми 2 (данные всенаправленного счетика) и 3 (данные вертикального телескопа. Кривые 1 получены по данным всенаправленного счетчика во время высыпаний энергичных электронов 26 сентября 1997 г. (слева) и 9 октября 1998 г. (справа). Данные телескопа умножены на 5.

Здесь важно отметить, что во время высыпаний поток первичных электронов, падающий на границу атмосферы, вследствие взаимодействий в воздухе трансформируется в поток вторичных тормозных гамма квантов (фотонов), которые, проникая достаточно глубоко в атмосферу, регистрируются всенаправленным

счетчиком радиозонда. Как указано выше, гамма кванты не регистрируются телескопом.

На рисунке 1 приведены характерные примеры баллонных измерений в атмосфере, проведенных на ст. Оленья. По горизонтальной оси представлена величина атмосферного давления, X (г-см"2). Видно, что во время высыпаний всенаправленный поток частиц (кривые 1) возрастает в 3-4 раза, по сравнению с измерениями накануне, соответствующими спокойным условием (фоновые кривые 2) ив ряде случаев наблюдаются значительные временные вариации потока высыпающихся электронов с характерным временем 5-8 минут (см. рис. 1, правая панель). Вычитая из данных, полученных во время высыпаний, результаты, соответствующие спокойным (фоновым) условиям, получаем спектр поглощения вторичных фотонов в атмосфере. Примеры таких спектров поглощения, полученных в отдельных высыпаниях высокоэнергичных' электронов в 1999 и 2000 гг. приведены на рисунке 2.

10000

1

* 1000

эс

<

100

О 10 20 30 40 «0

Х.гсм*

Рис. 2 Спектры поглощения фотонэв в земной атмосфере во время высыпаний высокоэнергичных электронов 28, 29 сентября 1999 г. и 5 мая 2000 г. Хтах -соответствует наибольшей глубине проникновения тормозных фотонов.

Далее, используя экспериментально установленный спектр поглощения фотонов во время события, можно рассчитать спектр генерированных фотонов на границе атмосферы и, наконец, определить энергетический спектр высыпающихся электронов в каждом событии. Подробная методика определения указанных характеристик и результаты проведенных автором расчетов представлены в главе 3.

2 1: 2t.09.19M, 09:14-0(32 ЦТ

2: 29.09.1999, 01.19-99:10 J: 09.09.2909, 09:32 - 09:29

+К. ч-

Оо +VA

од + д

vo

д д

/

В третьей главе изложены основные физические процессы, описывающие процесс распространения первичного потока элегцюнов и генерированного им потока вторичных тормозных фотонов в земной атмосфере. Представлена разработанная автором методика определения энергетического спектра первичных электронов, высыпающихся на границу атмосферы, по данным баллонных измерений. Поток высыпающихся электронов на границе атмосферы вследствие энергетических потерь трансформируется на высотах 50-100 км в поток вторичных тормозных фотонов, которые, распространяясь в атмосфере, непосредственно регистрируются всенаправленным счетчиком радиозонда.

Как отмечалось выше, параметры энергетического спектра высыпающихся электронов на границе атмосферы в данной работе вычисляются на основе спектра поглощения вторичных фотонов, установленного по результатам баллонных измерений' в атмосфере. Для этого были проведены расчеты процессов генерации тормозных фотонов потоками электронов и дальнейшего распространения фотонов в атмосфере с использованием метода Монте-Карло, реализованного в программном комплексе АТМОСОвМТСв на основе ОеаШ4. (В приложении 1 диссертации представлена программа, разработанная для проведения необходимых расчетов). При этом учитывалось,, что фотоны (с энергией в диапазоне десятки кэВ-несколыео МэВ), распространяющиеся в атмосфере, участвуют в следующих физических процессах: фотоэлектрический эффект, когерентное (томсон-рэлеевское) рассеяние, некогерентное, или комптоновское, рассеяние и процесс образования электрон - позитронных пар.

В первую очередь расчеты были проведены для случая прохождения моноэнергетического пучка электронов в земной атмосфере. Величина энергии первичных электронов задавалась в диапазоне 10 кэВ-20 МэВ; угловое распределение электронов задавалось изотропным или нормально падающим на границу атмосферы. В отличие от ряда предшествующих расчетов, в нашем случае использована представительная статистика падающих частиц ~ 106-10*. Рассчитаны энергетические спектры вторичных фотонов и их угловые распределения на 21 уровне атмосферы (применительно к данным стратосферного эксперимента). В расчетах использовалась стандартная (международная) модель атмосферы МРХ.М818Е2000 (в Приложении 1 диссертации представлены основные характеристики этой модели). На рис. 3 для уровня остаточной атмосферы Х=15 г-см'2 приведены энергетические спектры вторичных фотонов, рожденных моноэнергетическими потоками электронов с энергией

50 кэВ, 500 кэВ и 5 МэВ.

10"1

Ю"2

10"3

п в ю-4

Ю"5

г

Ю"6

10"7

10"8

- ...... ........ Х=15 г * см *

' / Ее=5 МэВ

/ =-500 кэВ Ч\

/ /Г ^Ч Л ~

1 _

/ Л

I * -

./д Ее=50 кэВ \........ п - . . 1 . .......

0.1

1.0

Еф, МэВ

10.0

Рис.3. Расчетные дифференцштьные энергетические спектры вторичных фотонов на уровне остаточной атмосферы Х=15 гсм'2 (Н=28.3 км). Сплошные кривые соответствуют вертикальному падению электронов на границу атмосферы, а пунктирные - изотропному распределению электронов. Представленные результаты нормированы к 1 первичному электрону с энергией Ес=50 кэВ. 500 кэВ и 5 МэВ.

Важно отметить, что положение максимума потоков фотонов практически мало зависит от энергии электронов и находится в диапазоне энергий фотонов 40-100 кэВ. Этот результат согласуется с выводами, полученными ранее разными авторами. Особый интерес представляют угловое распределений тормозных фотонов в атмосфере и его изменение с глубиной атмосферы. Примеры рассчитанных угловых распределений, приведены на рис. 4 (для того же уровня атмосферного давления Х=15 г-см'2). Отметим, что результаты проведенных расчетов, помимо стратосферного эксперимента, пригодны для других экспериментальных исследований распространения электронов и фотонов в земной атмосфере.

зенитный угол, 0°

Рис, 4. Угловые распределения тормозных фотонов на уровне атмосферы, соответствующем Х=15 гсм'2 (Н=28.3 км). Энергия первичных электронов равна 500 кэВ. Кривая 1- результаты расчетов для вертикального падения электронов на границу атмосферы, кривая 2 - в случае изотропного потока электронов.

Далее, были проведены расчеты для потока электронов, распределенного по энергетическому спектру. Спектр частиц был задан в экспоненциальной форме иЕ.)-Л,-скйгЕ./Е.), где характеристическая энергия спектра Е„ задавалась в диапазоне 0.02-2 МэВ. Угловое распределение высыпающихся первичных электронов задавалось вертикальным или изотропным относительно зенитных углов. Энергетические спектры тормозных фотонов, их угловые распределения были рассчитаны для 21-го уровня атмосферного давления в интервале 0-60 г-см'2, что необходимо для анализа данных стратосферных измерений. Это позволило определить спектры поглощения фотонов в атмосфере для разных энергетических спектров первичных электронов. Полученные спектры поглощения фотонов хорошо аппроксимируются экспоненцильной функцией вида №ф1(х) = Аф ехрОх/х,,), что позволило установить параметры спектра поглощения фотонов. Результаты проведенных расчетов представлены на рис. 5.

о

О 0 2 0.4 0.6 0.8 1

Е,, кэВ

Ео, кэВ

Рис. 5. Результаты расчетов: зависимость параметров (сверху - Хо и снизу -Аф) спектра поглощения фотонов в атмосфере от величины характеристической энергии энергетического спектра первичных электронов (Eg). Угловое распределение первичных электронов на границе атмосферы - изотропное. Аф рассчитано для 1 электрона, падающего на границу атмосферы.

Далее, применительно к данным измерений в атмосфере, предположим, что на границу атмосферы падает поток электронов, характеризующийся энергетическим спектром в виде

•/.(£.) = Аяехр(-£./£„), (е/см'с-МэВ) (1)

Тогда поток высыпающихся электронов (выше минимальной энергии Emm) равен

Т Л«®'' -В.-Л, ■ех^-Еш./Е0) = Е0 ••/,(£_), (е!смг с) (2) Ет

В случае наблюдений событий в атмосфере стандартным радиозондом Етш=20 кэ!3 тогда

оо

0.02 МэВ) = / =£„ ^ ехрС-О.Ог/Я,), (е/смг-с) (3)

0.02

Из проведенных нами расчетов следует, что 1 электрон, имеющий на границе атмосферы экспоненциальный спектр (см. выше), создает спектр поглощения фасонов в виде

ЛГ0| = Аф -ехр(-*/*„), (ф/см2х) (4)

Тогда поток электронов Ре(> 0.02 МэВ) создает в единице телесного угла 1 ср поток фотонов, характеризуемый спектром поглощения в атмосфере

ЛГ0 =/;(>0.02А/эВ) -Ыф1 =^(>0.02МэВ)-^-ехр(-х/х„)/4», (ф I см1 ■ с ■ ср) (5)

Параметры спектра поглощения фотонов в атмосфере (Аехрег и х„) определяются непосредственно из наших экспериментальных данных и для сравнения экспериментальных результатов и данных расчетов справедливо уравнение

Ыф = /?(> 0.02 МэВ)-Аф ехр(-х/х0)1 Ал = -ехр(-х/*ооф„) (6)

Т.о., сравнивая наблюдаемый спектр поглощения фотонов и расчетный, можно в первую очередь установить параметр х0=х0.ехр,г и тем самым определить величину характеристической энергии спектра высыпающихся электронов Е0. Дан« из соотношения (6) следует

Р.(> 0.02МэВ) = Л«ф„ -4к! Аф (7)

Используя уравнения (3) и (7) можно записать, что искомый параметр спектра Аг определяется как

А.-АЯ9Ш-4х-схр(0.а2/Е,)/(Лф-Е.% (е/см2 с-МэВ) (9)

В этом соотношении (9) величина Аех/жг определяется из зарегистрированного спектра поглощения фотонов в атмосфере, а величина Аф определяется расчетным путем для спепра электронов на границе атмосферы, характеризуемого энергией Е0 (см. рис. 5). Таким образом, используя данные измерений в атмосфере и результаты расчетов, выпэ таенных с использованием метода Монте-Карло (код АТМ0С08М1С8/0еап14), становится возможным оценить параметры первичного энергетического спектра электронов А, и Е» Некоторые примеры полученных спектров приведены в данной главе.

В четвертой главе проведен анализ межпланетных и геомагнитных условий, сощювождающих наблюдения высыпаний электронов в атмосферу и приведены его основные результаты. Остановимся на некоторых из них и рассмотрим в качестве примгра условия наблюдения отдельных высыпаний электронов, а затем - результаты полненных функций распределений для всей совокупности, зарегистрированных С0б1ГГИЙ.

Геомагнитное возмущение 12-14 сентября 1999 г. В этом событии на орбите Земли произошло наложение 2-х факторов (рис. 6, верхняя панель): 1. пересечения грани цы секторной структуры ММП (12 сентября в 08 ЦТ), 2. прихода фронта межпланетной ударной волны (12 сентября, 03:15 ЦТ) с существенно повышенной шит-костью плазмы (п) и давления, которые привели к геомагнитной буре в этот период. Величина модуля межпланетного МП была заметно повышена и харгктеризовалась наличием отрицательной Вг компоненты в течение ~1.5 суток. Из * анализа данных о геомагнитных Ой и АЕ - индексах, следует вывод, что геомагнитная бур» началась 12 сентября в ~ 08 ЦТ. Высыпание высокоэнергичных электронов в атмосфере на ст. Оленья зарегистрировано 13 сентября в 08:36-09:06 ит в начале фазы восстановления геомагнитного поля (следует отметить, что 11 и 12 сентября не было измерений в атмосфере на высотах, соответствующих атмосферному давлению Х<25 гем'2, где наиболее вероятна регистрация этих событий).

20 10 0 '10 -20 100

10

1

700

eoo

500 400

11 12 13 14

UT

11 -13 сентября 1999 г.

УФ УФ

15-17 сентября 1999 г.

Рис. 6. Данные измерений параметров солнечного ветра на спутнике АСЕ в перио,с 11-13 сентября (верхняя панель) и 15-17 сентября 1999 г. (внизу): скорость (V) и плотность (п) солнечного ветра, величина межпланетного магнитного поля (Bt) и его Bz- компонента (в системе координат GSM). Указаны времена прихода фронта межпланетной ударной волны к Земле (УФ), пересечения границы секторной структуры ММП (СГ), регистрации -> высыпания электронов (ЕРЕ, вертикальные стрелки) и интервал времени прохождения потоков высокоскоростного солнечного ветра (ВСВ) и магнитного облака (МС).

УФ СГ

3SS^Jrtfterw

CmBz (нТ)

J. ЕРЕ

п, см"

Г-

V, км е'1

ВСВ

15 -- 16 сентября 1999 г. Этот период отмечен прохождением 2-х межпланетных ударных волн: 15 сентября в ~ 07:10 UT и в ~ 19:40 UT. Первый из них связан с небольшим межпланетным магнитным облаком (MC), зарегистрированным в ~ 09:00 -17:30 UT. Это облако имело изменяющееся со временем направление вектора магнитного поля и отрицательную величину Bz компоненты ММП, которая достигала --15 нТ в отдельные периоды. Облако вызвало небольшую магнитную бурю с минимальным (Dst)mm=-53 нТ, во время которой и были зарегистрированы потоки высыпающихся электронов в атмосфере. Второй ударный фронт вызвал следующее геомагнитное возмущение, характеризующееся (Dst)mln =-67 нТ. Источником этих 2-х, следующих друг за другом межпланетных ударных волн, вероятнее всего, являются 2 галс-выброса корональной массы (halo СМЕ), наблюдавшихся в околосолнечном пространстве 13 сентября на коронографе LASCO на спутнике SOHO. Первый СМЕ 13 сентября в 09:30 UT связан с активной областью 8699, расположенной вблизи цен^кшьного меридиана и солнечной вспышкой рентгеновского класса > С5. Второй корональный выброс 13 сентября в ~ 17:31 UT ассоциируется с солнечной вспышкой

i

класса СЗ из активной области 8693. Высыпания энергичных электронов были зарегистрированы на ст. Оленья 15 сентября в 07:50-08:22 UT, т.е. вслед за приходом фронта межпланетной ударной волны. Таким образом, представленные выше экспериментальные данные свидетельствуют о возможности наблюдения высыпаний высэкоэнергичных электронов как в начале геомагнитного возмущения, так и на фазе его затухания.

Для определения общих условий, при которых были зарегистрированы высыпания высокоэнергичных электронов в земную атмосферу, проанализированы экспериментальные данные измерений межпланетной плазмы и геомагнитного поля, т.е. среднечасовые величины напряженности межпланетного поля В и его Bz-компоненты (в системе координат GSM), величины скорости солнечного ветра (каталог OMNI data) Перечисленные данные, также как и среднечасовые величины геомагнитных индексов Dst и АЕ были получены из Международного центра данных. Для времени наблюдения каждого события в атмосфере были отобраны перечисленные выше параметры, их функции распределений для большинства наблюдений электронных высыпаний 1965-2000 гг. представлены на рис. 7. Как видно из рис. 7, эти события J наблюдались в основном, в условиях, когда скорость солнечного ветра V=400-600 км/с, межнланетное магнитное поле В=5-10 нТ и Bz= -10-5 нТ, геомагнитный индекс

20

(-ГЫ)^ 0-100 нТ и авроральный индекс АЕ=300-600 нТ. Важно отметить, что перечисленные функции распределений достаточно широкие и не удается найти пороговые значения указанных параметров выше (или наоборот, ниже) которых высыпания энергичных электронов наблюдаются в земной атмосфере Также не обнаружено значимой корреляции между характеристиками электронных высыпантИ, определенных на основе измерений в атмосфере, и вышеперечисленными параметрами. Таким образом, представленные результаты свидетельствуют о том, что зарегистрированные высыпания в атмосфере наблюдались на различных фазах развития

200

П.,

600

200

100

0 8 10 15 20 В,нТ

150 100

-20 -10 О 10 Вс,иТ

300 200 100

Л

-250 -180 -60 ЭДиТ

80 60 40

20 0

0 400 800 1200 АЕ.НТ

Рис. 7. Функции распределений среднечасовых значений величины скорости солнечного ветра (V), напряженности межпланетного поля (В), Вг -компоненты межпланетного магнитного поля; справа - распределение среднечасовых величин геомагнитных индексов Бй и АЕ во время электронных высыпаннй, зарегистрированных в атмосфере в период 1965-2000 гг.

геомагнитной бури и практически отсутствуют ярко выраженные критические значения

различных межпланетных и геомагнитных параметров, для которых характерны

высыпания. Это позволяет предположить, что популяция высыпающихся

высокоэнергичных электронов является составляющей многих геомапапных

21

возмущений, что в свою очередь накладывает определенные пространственно-временные ограничения на процессы ускорения, переноса и хранения этих частиц в зекшой магнитосфере.

Пятая глава посвящена исследованию долговременных и короткопериодических вариаций в наблюдениях высыпаний высокоэнергичных электронов в полярной атмосфере. Важным вопросом является вопрос о зависимости частоты наблюдения высыпаний высокоэнергичных электронов от фазы цикла солнечной активности. Поскольку состояние геомагнитного поля определяется в конечном итоге уровнем солнечной активности, которая имеет 11-летнюю цикличность, то логично ожидать проявление этой солнечной цикличности и в частоте наблюдений исследуемых событий в земной атмосфере. Еще в ранних работах отмечено, (1) что полярные сияния наиболее часты в максимуме 11-летнего цикла солнечной активности и (2) на протяжении года полярные сияния чаще происходят в марте и сентябре. Полярные сияния связаны с высыпаниями электронов малых энергий (несколько эВ- десятки кэВ). В случае наших экспериментальных наблюдений речь идет о высыпании высокоэнергичных (ре г ггивистских) электронов и указанные вопросы не были исследованы, вследствие отсутствия соответствующей экспериментальной базы. Ранее отмечалось, что использование в стратосферных измерениях предварительно откалибро ванных однотипных детекторов обеспечивает однородность долговременного ряда данных. Это позволило впервые, на базе почти 4-х одиннадцатилетних циклов, исследовать зависимость частоты высыпаний высокоэнергичных электронов в атмосферу от фазы цикла солнечной активности. Годовые значения числа высыпаний, электронов, зарегистрированных на ст. Оленья, и числа геомагнитных бурь, связанных с юстирующими потоками (КП) высокоскоростного солнечного ветра представлены на рис. 8а. Сплошной кривой показаны числа солнечных пятен Лг в период 1957-2003 гг. Эта данные свидетельствуют о наличии квази-одиннадцатилетнего цикла в числе высыпаний, причем Максимум числа высыпаний приходится на фазу спада И-летнего цикла солнечной активности. Например, зарегистрировано существенное увеличение числа высыпаний в 1982-1984 и 1994 гг. Полученные результаты согласуются с выводами, следующими из анализа геомагнитных данных. Цикл геомагнитной активности сильно смещен относительно цикла солнечной активности (например, распределение числа геомагнитных бурь имеет 2 максимума, первый из которых ' предшествует максимуму цикла солнечной активности, а второй следует за ним. Такое

Рис. 8а. Годовые значения числа высыпаний электронов, зарегистрированных на ст. Оленья (черные ромбы), и числ! геомагнитных бурь, связанных с коротирующими потоками высокоскоростного солнечного ветра (КП - пустые квадраты). Сплошная серая кривая - среднегодовые значения числа солнечных пятен Яг.

Рис. 86. Сезонный (годовой) ход в числе высыпаний энергичных электронов по данным баллонных измерений на ст. Оленья (Мурманская обл.) в период 19701987 гг. Месячные данные представлены в процентах от общего числа высыпаний (240), зарегистрированных в 1970-1987 гг.

же распределение характерно для числа геомагнитных бурь, вызванных (»ротирующими потоками высокоскоростного солнечного ветра, и для электронных (сбытий с большими потоками релятивистских электронов на геостацирнарной орбите. Также на фазу спада цикла солнечной активности приходится большинство сбоев (аномалий) в функционировании навигационных спутников, спутников связи и т.д., вызванных потоками ускоренных в магнитосфере энергичных электронов.

Для исследования сезонного эффекта выбран период времени с 1970 по 1987 гг. поскольку в течение этих лет проводились практически ежедневные (2 раза в сутки и более) запуски радиозондов на ст. Оленья в (5-9 UT). Для указанного периода времени определены суммарные ежемесячные числа зарегистрированных электронных высыпаний в атмосфере. Полученные результаты представлены на рис. 86 (месячные денные представлены в процентах от общего числа высыпаний (240), зарегистрированных в 1970-1987 гг.). Из рисунка следует, что наибольшее число высыпаний энергичных электронов в северной полярной атмосфере наблюдается весной (апрель) и осенью (август-октябрь).

Наличие сезонного эффекта (или полугодовой волны) в различных проявлениях геомагнитной активности известно более 150 лег. Для его объяснения в разное время были предложены различные модели, наиболее известными из которых являются

- аксиальный (axial) эффект, основанный на изменении гелиошироты Земли в течение гсда на ±7.25°; предполагается, что максимум геомагнитной активности должен приходится на 5 марта и 6 сентября;

- равноденственный (equinoctial), основанный на изменении ориентации наклона земного магнитного диполя, относительно линии Солнце-Земля; дни максимальной геомагнитной активности приходятся на дни весеннего и осеннего равноденствия 21 марта и 23 сентября, соответственно;

- эффект Рассела-МакФеррона, который учитывает, что (1) повышенный уровень геомагнитной активности определяется южным направлением Вгкомпоненты, (2) а межпланетное магнитное поле направлено вдоль паркеровской спирали. Наибольшие значения Вгкомпоненты, а следовательно и наибольшая геомагнитная активность предполагается 5 апреля и 5 октября.

Таким обрезом, в этих моделях изменение геомагнитной активности является следствием (1) изменений свойств солнечного ветра (например, скорюсти ветра) при изменении гелиошироты Земли (например, во время пересечения Землей гсоротирующих высокоскоростных потоков солнечного ветра из сродне/низкоширотных

24

корональных дыр); (2) изменений процессов пересоединения межпланетного магнитного поля и земной магнитосферы. Нами были проанализированы среднечасовые данные измерений скорости солнечного ветра (V), межпланетного магнитного поля (В) и его В2- компоненты, геомагнитные индексы £>¿7 и авроральный ЛЕ. В результате этого можно сделать вывод, что весенний максимум в наблюденных электронных высыпаниях в атмосфере достаточно узкий и согласуется с предсказаниями эффекта Рассела-МакФеррона, а осенний максимум в электронных высыпаниях широкий (август-октябрь) и включает в себя период повышенной геомагнитной активности во время осеннего равноденствия (23 сентября).

Впервые, по данным стратосферного эксперимента показано наличие 11-летней вариации и сезонной волны в частоте наблюдения высыпаний высокоэнергичшлх электронов в атмосфере. Эти результаты важны с точки зрения прогнозирования процессов, происходящих в магнитосфере Земли и ее атмосфере как на протяжении 11-летнего цикла солнечной активности, так и в течение года.

В заключении изложены основные выводы диссертации:

1. В результате всестороннего анализа и обработки первичных данных долговременного стратосферного эксперимента ФИАН (в период 1957-2003 1г.) получен однородный уникальный ряд экспериментальных данных о высыпан рях энергичных электронов в полярную атмосферу на протяжении 19-23 циклов солнечной активности, по Зарегистрировано 531 событие.

2. Физически обоснован и разработан метод выделения событий с высыпаниями энергичных электронов в земную атмосферу и определения основных характеристик потоков тормозных фотонов в атмосфере во время этих событий. На основе анализа данных одновременный измерений глобального и вертикального потока вторичных космических лучей разных энергий, а также используя особенности переходных кривых космических лучей в атмосфере, надежно выделяются случаи высылал ий высокоэнергичных электронов в земную атмосферу полярных широт.

3. Определены основные характеристики потоков тормозных фотонов во в]к мя электронных высыпаний. Показано наличие в отдельных событиях вариаций потока высыпающихся электронов на минутной временной шкале. Этот результат свидетельствует о тонкой временной структуре процесса высыпаний высокоэнергич и ых электронов из магнитосферы. В результате анализа данных одновремек н ых "наблюдений высыпаний в атмосфере полярных широт на разных геомагнитр ых долготах получены надежные экспериментальные свидетельства того, тго

25

протяженность области высыпания релятивистских электронов по долготе может превышать 60°. Этот экспериментальный результат свидетельствует о значительной протяженности источника ускорения частиц в магнитосфере и об эффективном магнитном дрейфе ускоренных частиц.

4. Физически обоснован и разработан метод восстановления характеристик первичного потока электронов, высыпающихся на границу атмосферы. С помощью метода Монте-Карло (с использованием алгоритма АТМОСОЗМСБ, реализованного на базе Сеаш4) проведены расчеты процесса распространения электронов, генерации тормозных фотонов и их последующего распространения в земной атмосфере применительно к данным стратосферного эксперимента. Получены расчетные энергетические спектры фотонов, спектры поглощения фотонов и их угловые распределения в атмосфере при следующих условиях:

(а) диапазон энергий первичных электронов Ее=10 кэВ • 20 МэВ,

(б) распределение электронов на границе атмосферы в виде изотропного или вертикально падающего потока,

(в) моноэнергетический поток электронов или распределенный по экспоненциальному энергетическому спастру, с характеристической энергией спектра в диапазоне 5 кэВ-1 МэВ.

Результаты получены для 21 уровня остаточной атмосферы в диапазоне ХНЗ-60 г-см-2, в котором наблюдается большинство электронных высыпаний анализируемого эксперимента. Посредством сравнения экспериментальных и расчетных спектров поглощения фотонов во время высыпаний определены первичные энергетические спектры высыпающихся электронов в зарегистрированных событиях.

5. Проведен анализ большой совокупности явлений на Солнце, в межпланетной среде и в земной магнитосфере в связи с наблюденными высыпаниями электронов. Эти результаты позволяют заключить следующее:

(а) Высыпания высокоэнергичных электронов в земную атмосферу происходят, как правило, в условиях отрицательной Вг - компоненты межпланетного магнитного поля и повышенной скорости солнечного ветра. Эти события наблюдались в атмосфере во время геомагнитных возмущений: в начале и главной фазах геомагнитной бури, а также на фазе восстановления. В последнем случае наблюдаются суббури или малые магнитные возмущения перед зарегистрированными высыпаниями.

(б) Впервые установлен одиннадцатилетний цикл в частоте зарегистрированных

событий высыпаний электронов в земной полярной атмосфере. Его максимум сдвинут на 2-4 года относительно солнечного цикла и числе солнечных пятен (Яг). Возрастание числа высыпаний электронов в атмосфере и потоков релятивистских электронов на геостационарной орбите приходится на фазу спада цикла солнечной активности. В этот период на Солнце увеличивается число низкоширотных (зачастую трансэкваториальных) корональных дыр, являющихся источниками рекуррентных потоков высокоскоростного солнечного ветра в межпланетном пространстве. Эти потоки плазмы, взаимодействуя с земно® магнитосферой, приводят к усилению геомагнитной активности, ускорению заряженных частиц в земной магнитосфере и появлению потоков высыпающихся электронов в земной атмосфере.

(в) Впервые установлено наличие полугодовой вариации (сезонной волны) в частоте зарегистрированных высыпаний энергичных электронов в атмосфере с 2 пиками, приходящимися на апрель и .шгуст-октябрь. Первый пик с большей вероятностью обусловлен эффектом Рассела-МакФеррона, второй - является суперпозицией указанного выше эффекта, аксиального и равноденственного эффектов.

6. Впервые установлен особый класг электронных высыпаний - вторжений электронов во время солнечных протонньк событий. Разработан метод разделения протонной и электронной компонент во время таких событий и восстановления характеристик первичного потока высыпающихся электронов. Проведенный анализ этих событий свидетельствует о дополнительном ускорении электронов в межпланетном пространстве, в отличие от г ротонов, ускоренных во время солнечных вспышек.

7. Создан Каталог событий электронных высыпаний зарегистрированных в полярной атмосфере на станциях стратосферного зондирования Оленья (Мурманская обл.), обе. Мирный (Антарктида), Норишлк и Тикси в период 1958 - 2003 гг. Представленные в нем экспериментальные денные являются уникальными.

Приложение 1 содержит описание программы

ЕЬЕСТК0М_РК£С1Р1ТАТЮЫ.04МАС, разработанной для проведения расчетов процесса переноса потоков высокоэнерги чных электронов и фотонов в земной атмосфере. Она основана на приложении АТМ0С08М1С8 в рамках программного исследовательского комплекса ОЕА№Г-4.

В Приложении 2 представлен каталог высыпаний высокоэнергичных электронов, зарегистрированных в полярной атмосфере в период 1958-2003 гг. на

станциях Оленья (Мурманская обл.), Норильск, Тикси и обе. Мирный (Антарктида). Для каждого события приведены дата, время наблюдения, характеристики спектра поглощения фотонов в атмосфере, а также имеющиеся среднечасовые величины геомагнитных АЕ и Dst - индексов, соответствующие времени наблюдения события в атмосфере.

Основные результаты работы достаточно полно представлены в следующих публикациях.

1. Bazilevskaya G.A., Makhmutov V.S., Charakhchyan T.N., The influence of the Earth's magnetosphere on the high-energy solar protons, Proc. 19th ICRC, La Jolla, v. 5, p. 363366,1985.

2. Базилевская Г.А., Махмутов B.C., Свиржевский H.C., Стожков Ю.И., Струминский А.Ё. Модуляция солнечных протонов с энергией больше 100 МэВ в марте 1991 г. -Изв. РАН, сер. физ., т. 57, № 7, с. 11-14,1993.

3. Makhmutov V. S., Bazilevskaya G.A, Podgorny A. I., Stozhkov Yu. I., Svirzhevsky N. S. The precipitation of electrons into the Earth's atmosphere during 1994, Proc. 24 ICRC, Italy, Rome, v.4, p.l 114-1117, 1995.

4. Bazilevskaya G.A, Flueckiger E , Makhmutov V.S , Mizin S.V. Omnidirectional and vertical fluxes of charged particles in the Earth's atmosphere during solar proton events, Radiation Measurements, v. 26, No.3 p.443-446,1996.

5. Базилевская Г.А., Махмутов B.C. Высыпания высокоэнергичных электронов в атмосферу по данным зондовых измерений космических лучей, Изв. РАН, сер. физ., т. 63, № 8, с. 1670-1674,1999.

6. Bazilevskaya G.A., Krainev М.В., Makhmutov V.S., Effects of cosmic rays on the Earth's environment, Journal of Atmospheric and Solar Terrestrial Physics, v. 62, No. 17-18, p. 1577-1586,2000.

7. Stozhkov Y.I., Ermakov V.I., Makhmutov V.S. Cosmic rays and atmospheric processes. Proc. 27th Intern. Cosmic Ray Conf., Hamburg, Germany, v. SH, p. 4157-4160,2001.

8. Stozhkov Y.I., Svirzhevsky N.S., Makhmutov V.S. Cosmic ray measurements in the atmosphere. Preprint LPI No. 8. Moscow: FIAN, 21 p., 2001.

9. Makhmutov V.S., Bazilevskaya G.A., Krainev M.B., Storini M. Long-term cosmic ray experiment in the atmosphere: energetic electron precipitation events during the 20-23

solar activity cycles, Proc. 27th ICRC, Hamburg, Germany, Hamburg: Copernicus Gesellshaft, v. SH, p. 4196-4199,2001.

10. Махмутов B.C., Базилевская Г.А., Крайнев М.Б., Свиржевская A.K., Свиржевский Н.С., Связь частоты высыпаний релятивистских электронов в атмосферу с циклом солнечной активности, Изв. РАН, сер. физ., т 65, № 3, с. 403-405,2001.

11. Bazilevskaya G.A., Fluckiger Е.О., Krainev М.В., Makhmutov V.S., Sladkova A.I., Storini M. Distribution of solar energetic particle events over an 11 -year solar cycle. -In: Proc. 27th International Cosmic Ray Conference, Hamburg, Germany, 2001. Hamburg: Copernicus Gesellshaft, v. SH, p. 3413-3416,2001.

12. Makhmutov V.S., Storini M., Bazilevskaya G.A., Krainev M.B. Observation of energetic electron precipitation events in the Southern polir atmosphere, In: M. Colacino (ed.), Proc. 9th Workshop Italian Research on Antarctic Atmosphere, feoma, 2001. Conference Proceeding, Bologna: SIF, v. 80, p. 433-443,2002.

13. Стожков Ю.И., Свиржевский H.C., Базилегская Г.А., Свиржевская А.К., Крайнев М.Б., Махмутов B.C. Космические лучи в атмосфере Земли. - В кн.: Атлас временных вариаций природных антропогенных и социальных процессов. Том 3. Природные и социальные сферы как часги окружающей среды и как объекты воздействий. М.: Янус-К, с. 344-349,2002.

14. Базилевская Г.А., Гоцелюк Ю.В., Денисов Ю.И., Кузнецов С.Н., Рыбаков А.Ю., Махмутов B.C. Утренние высыпания энергичных электронов в авроральной зоне, сб.: Солнечно-земная физика. Труды Всероссийской конференции по физике солнечно-земных связей, Иркутск, 24-29 сентября 20С1 г. Новосибирск: Издательство СОР АН, вып. 2 (115), с. 271-272,2002.

15. Махмутов В. С., Базилевская Г. А., Стожков Ю. И. Сезонный эффект высыпаний энергичных электронов в полярную атмосферу. - Изв. РАН, сер. физ., т. 67, № 10, с. 1449-1451,2003.

16. Storini М., Bazilevskaya G.A., Fluckiger Е.О., Krainev М В., Makhmutov V S., Sladkova A.I. The Gnevyshev gap: A review for space weather. Adv. Space Res., v. 31, No. 4,

p. 895-900, 2003.

17. Makhmutov V.S., Bazilevskaya G.A., Krainev M.B. Characteristics of the energetic electron precipitation into the Earth's polar atmosphere and geomagnetic conditions, Adv. Space Res., v. 31, No. 4, p. 1087-1092,2003.

18. Makhmutov V.S., Bazilevskaya G.A., Krainev M.B., Stozhkov Y.I.', Sirzhevskaya A.K., Svirzhevsky N.S. Results of the analysis of electron precipitation events observed in the

29

polar atmosphere. In: Physics of Auroral Phenomena, Proc. XXVI Annual Seminar, Kola Science center RAS, Apatity, p. 70-73,2003.

19. Makhmutov V.S., Bazilevskaya G.A., Stozhkov Yu.I., Svirzhevsky N.S. Observations of relativistic electron precipitation events in the polar atmosphere: events characteristics and their occurrence conditions, В сб.: Климатические и экологические аспекты солнечной активности. VII Пулковская Международная конференция по физике Солнца, Пулково, 7-11 июля 2003 г., Санкт-Петербург: ГАО РАН, с. 299-304,2003.

20. Makhmutov V.S., Bazilevskaya G.A., Krainev М.В., Stozhkov Y.I., Svirzhevskaya A.K., Svirzhevsky N.S., Malin S.Y. Semiannual variation in the number of energetic electron precipitation events recorded in the polar atmosphere. - In: Proc. 28h International Cosmic Ray Conference, Tsukuba, Japan, 2003., Tokyo: Universal Academy Press, Inc., v. 7, p. 4233-4236, 2003.

21. Стожков Ю.И., Свиржевский H.C., Базилевская Г.А., Махмутов B.C., Свиржевская А.К. Исследования космических лучей в атмосфере Арктики и Антарктики. Арктика и Антарктика. М.: Наука, вып. 3 (37), с. 114-148,2004.

22. Базилевская Г.А., Махмутов B.C., Свиржевская А.К., Свиржевский Н.С., Стожков Ю.И. Долговременные измерения космических лучей в атмосфере Земли. Изв. РАН, сер. физ., т. 69, № 6, с. 835-837,2005.

23. Махмутов B.C., БазилевскаяГ.А, ДесоргерЛ., ФлюкигерЕ., Наблюдения высыпаний энергичных электронов в атмосфере в октябре 2003 г., Изв. РАН, сер. физ., т. 69, № 6, с. 881-883,2005.

fí

í 'I

1

I i

•i Ir

#'9313

РЫБ Русский фонд

2006-4 15536

Подписано в печать 2005 г.

Формат60x84/16. Заказ №У-(. Тйраж 60 экз. П.л. £

Отпечатано вРИИС ФИАН с оригинал-маке^ заказчика. 119991 Москва, Ленинский проспект, 53.Тел. 1325128

Введение.

Глава 1. Потоки электронов в земной магнитосфере и в околоземном космическом пространстве.

1.1. Краткие сведения о физических терминах, межпланетных параметрах и геомагнитных индексах, используемых в работе.

1.2. Высокоэнергичные электроны в межпланетном и околоземном космическом пространстве

1.3. Возможности стратосферного эксперимента по космическим лучам в исследовании событий с высыпаниями энергичных электронов в земную атмосферу.

1.4. Постановка задачи и предлагаемые методы ее решения.

1.5. Выводы главы 1.

Глава 2. Стратосферный эксперимент по космическим лучам. Наблюдение высыпаний энергичных электронов в земную атмосферу.

2.1. Краткое описание методики регистрации космических лучей в земной атмосфере.

2.2. Метод выделения случаев высыпаний энергичных электронов из данных стратосферного эксперимента по космическим лучам.

2.3. Основные характеристики событий с высыпаниями высокоэнергичных электронов, установленные по данным стратосферного эксперимента.

2.3.1 Основные характеристики спектра поглощения фотонов в атмосфере.„

2.3.2 Временные вариации потока высыпающихся электронов.

2.3.3 Сравнительный анализ данных одновременных наблюдений высыпаний электронов на полярных станциях.

2.4. Особый класс событий - высыпания высокоэнергичных электронов во время солнечных протонных событий.

2.4.1 Переходные кривые космических лучей в атмосфере связанные с высыпаниями высокоэнергичных электронов в солнечных протонных событиях.

2.4.2 Энергетические спектры частиц и определение вклада вторичных фотонов.

2.4.3 Условия наблюдений высыпаний электронов во время солнечных протонных событий и возможные источники электронов.

2.4.4 Высыпание высокоэнергичиых электронов во время солнечного протонного события 23-24 марта 1991 г.

2.5 Выводы главы 2.

Глава 3. Определение основных характеристик потоков первичных электронов во время высыпаний, зарегистрированных в земной атмосфере.

3.1 Основные физические процессы, сопровождающие прохождение электронов в земной атмосфере.

3.2. Определение основных характеристик первичного потока высыпающихся электронов из данных стратосферного эксперимента.

3.2.1 Результаты расчетов процесса прохождения электронов в атмосфере. Применение исследовательского программного комплекса «СЕАМТ-4».

3.2.2 Определение энергетического спектра потока первичных электронов на границе атмосферы.

3.2.3 Сравнение энергетических спектров электронов, полученных из стратосферных данных и данных наблюдений на спутниках во время высыпаний.

3.3 Выводы главы 3.

Глава 4. Межпланетные и геомагнитные условия, сопровождающие высыпания высокоэнергичных электронов в земную атмосферу.

4.1. Высыпания высокоэнергичных электронов в полярную атмосферу в марте - мае 1994 г.

4.2. Наблюдения высыпаний высокоэнергичных электронов в обе. Мирный (Антарктида).

4.3. Межпланетные и геомагнитные условия, сопровождающие наблюдения электронных высыпаний в атмосфере. Некоторые примеры наблюдательных данных.

4.4. Выводы главы 4.

Глава 5. Долговременные и короткопериоднческие изменения частоты высыпаний высокоэнергичных электронов, зарегистрированных в полярной атмосфере.

5.1. Изменение частоты высыпаний высокознергичных электронов в 11- летнем цикле солнечной активности.

5.2. Сезонный эффект высыпаний высокоэнергичных электронов в полярную атмосферу.

5.3. 27-дневная повторяемость высыпаний высокознергичных электронов в полярную атмосферу.

5.4. Выводы главы 5.

Баллонный эксперимент по измерению потоков космических лучей в земной атмосфере начался в СССР в 1957 году под руководством академика С.Н. Вернова и А.Н. Чарахчьяна, затем был продолжен под руководством А.Н. Чарахчьяна и Т.Н. Чарахчьян и проводится в настоящее время сотрудниками лаборатории физики Солнца и космических лучей Физического Института им. П.Н. Лебедева Российской Академии Наук под руководством проф. Ю.И. Стожкова.

Основными задачами эксперимента являются:

1) исследование долговременных и короткопериодических вариаций потоков галактических космических лучей (ГКЛ) и изучение физических механизмов, приводящих к модуляции ГКЛ в межзвездной среде и в гелиосфере;

2) исследование механизма генерации заряженных частиц на Солнце во время солнечных вспышек, процессов распространения солнечных космических лучей (CKJ1) в межпланетной среде;

3) изучение механизмов ускорения заряженных частиц в межпланетной среде, например, на фронте межпланетных ударных волн;

4) исследования возможных механизмов влияний потоков заряженных частиц, например, потоков космических лучей, на ряд атмосферных процессов (ионообразование, выпадение осадков, грозовые разряды и т. д.), получившие развитие в последние годы.

Основные методические вопросы проводимого стратосферного эксперимента по космическим лучам, результаты анализа данных стратосферного эксперимента и полученные научные результаты опубликованы в многочисленных работах, как в отечественных, так и в зарубежных изданиях (Чарахчьян А.Н., 1961, 1964; Чарахчьян А.Н. и Чарахчьян Т.Н., 1963; Чарахчьян Т.Н., 1968, 1970; Стожков, 1980; Стожков и др. 2002, 2004; Базилевская, 1985; Крайнев, 1980; Махмутов, 1983; Свиржевская, 1986; Bazilevskaya et al., 1985, 1997, 2000, 2000а, 2001, 2004; Свиржевский, 2002; Stozhkov et al., 2001, 2001a, 2001b, 2003; Ермаков и Стожков, 2003, 2003a; Базилевская, Махмутов и др., 2003а,Ь, 2005).

Целью настоящей работы является новое направление, развиваемое в лаборатории в последние годы, - исследование временных и энергетических характеристик физического явления - высыпания потоков высокоэнергичных электронов в земную атмосферу. Основным экспериментальным материалом исследований являются данные 5 измерений потоков космических лучей в атмосфере, начиная с 1957 года по настоящее время. Эти электронные высыпания наблюдаются в основном, во время геомагнитных возмущений. При этом, в ряде случаев, энергии высыпающихся электронов заключены в широком интервале энергий - от нескольких электрон - вольт (эВ) до нескольких МэВ. Электроны небольших энергий вызывают полярные сияния, всплески аврорального рентгеновского и километрового радиоизлучений и т.д. (Исаев и Пушков, 1958; Imhov et al., 2000; Morioka et al., 2002). Авроральные электроны вызывают ионизацию и свечение во время их высыпаний в земную атмосферу. Электроны с энергиями Ее=3-4 кэВ теряют свою энергию на высотах 100-110 км на возбуждение молекул азота и атомов кислорода и производят авроральное свечение в видимой и УФ области электромагнитных волн (Bailey et al., 2002, 2002а). Риометры, измеряющие космический шум на частотах в десятки МГц, чувствительны к присутствию потоков энергичных электронов. Они приводят к аномально высокому поглощению этих волн в ионосфере в полуденном секторе. Эти же электроны возбуждают атомы азота, что приводит к образованию окиси азота в термосфере. Эти молекулы окиси азота имеют свойство флюоресцировать, что позволяет оценить их концентрацию (плотность), и, затем, оценить поток высыпающихся электронов (Barth et al., 2004). При этом учитывается, что солнечное рентгеновское излучение (длины волн 1=2-20 нм), также является источником образования окиси азота в нижней термосфере. Установлено, что минимальные потоки этих электронов приходятся на время летнего солнцестояния в обоих полушариях (192 день в северном и 355 день в южном полушариях). В это время, как правило, скорость солнечного ветра низкая и низкий уровень геомагнитной активности (Barth et al., 2004).

Высокоэнергичные электроны (включая релятивистские), высыпающиеся в земную атмосферу, вследствие энергетических потерь, на высотах Н=70-100 км конвертируются в потоки вторичных тормозных гамма - квантов (фотонов) с энергиями от нескольких кэВ до нескольких МэВ, проникающих достаточно глубоко в атмосферу. Например, фотоны с энергиями Еф<0.3 МэВ, Еф=0.3-1.5 МэВ, Еф=1.5-3 МэВ и Еф>3.0

У "У

МэВ проникают в атмосферу до атмосферных уровней Х<10 г-см", Х= 10-20 г-см ,

У 'У

Х=20-30 г-см" и Х>30 г-см" (Н<25 км), соответственно. Исследованию этих событий в прошлом был посвящен ряд работ (Чарахчьян Т.Н., 1965; Чарахчьян А.Н. и др., 1965; Вернов и др. 1965; Базилевская и др. 1968). Следует также отметить работы сотрудников Полярного Геофизического института КНЦ РАН Лазутина Л.Л., и др. В частности, были выполнены залповые полеты радиозондов на Кольском полуострове во время магнитных возмущений в 1971 г. (Квашнин и др. 1972), проведен эксперимент САМБО на аэростатах (Жавков и др., 1976, 1976а, Лазутин и др., 1985).

Ряд экспериментов был осуществлен в южном полушарии на высотных аэростатах (на высотах более 30 км), запущенных на циркумполярные траектории в 1990 и 1993 г. с использованием сцинтилляторов NaJ(Tl), фотонной камеры (Nakagawa et al. 1996; Parks 1992, 1993) и германиевого спектрометра (Millan et al., 2002). Было показано, что высыпания электронов (с энергиями Е=20-120 кэВ) часто наблюдались в полосе инвариантных широт 60°-70°. Эти события имеют пространственную структуру и могут наблюдаться в виде пучков частиц в небольших пространственных областях размером ~15-20 км и меньше. Были определены энергетические спектры фотонов во время отдельных высыпаний, которые могут быть аппроксимированы степенным законом J<j,~E<j,'m, где m изменяется в пределах 0,2 -3,7. При этом потоки фотонов с энергией 50 кэВ варьируют в диапазоне 0,06-0,4 см^-с'^кэБ"1.

Известны экспериментальные наблюдения на аэростатах рентгеновского илучения, генерированного во время высыпаний энергичных электронов в районе ЮжноАтлантической магнитной аномалии (Gaines et al., 1986; Jayanti et al. 1997).

Основными задачами данной работы является:

1. Проведение обработки первичных экспериментальных данных стратосферных измерений на высокоширотных станциях, разработка методики выделения событий с высыпаниями энергичных электронов в земную атмосферу и определения основных характеристик потоков тормозных фотонов в атмосфере во время этих событий.

2. Проведение анализа пространственных и временных характеристик событий высыпаний электронов, на основе анализа данных одновременных наблюдений событий в атмосфере на разных геомагнитных долготах. Анализ временных вариаций потоков высыпающихся электронов во время отдельных случаев высыпаний. Проведение анализа данных измерений солнечного ветра, ММП и геомагнитных данных во время высыпаний.

3. Исследование 11-летних и сезонных (полугодовых) вариаций в частоте возникновения событий высыпаний электронов в земной атмосфере и установление взаимосвязи этих вариаций с процессами на Солнце, межпланетной среде и в геомагнитном поле.

4. Проведение численных расчетов процесса распространения электронов и фотонов в земной атмосфере, применительно к данным стратосферного эксперимента с целью 7 определения энергетического спектра высыпающихся электронов на границе атмосферы, по данным наблюдений в стратосфере.

5. Проведение анализа особого класса электронных высыпаний - высыпаний во время солнечных протонных событий. Разработка метода разделения протонной и электронной компонент во время таких событий и восстановления характеристик первичного потока высыпающихся электронов.

Структура работы. В 1-ой главе представлен обзор основных источников электронов в околоземном пространстве и их вариаций. Показано уникальное место стратосферного эксперимента в исследовании событий высыпающихся электронов. Изложены основные задачи работы и методы их решения.

Во 2-ой главе изложена методика выделения этих событий из большой совокупности данных стратосферного эксперимента. Представлены основные временные и энергетические характеристики этих событий, получаемые из стратосферных данных. Проанализирован особый класс электронных высыпаний наблюдаемых во время отдельных солнечных протонных событий (СПС). Показана возможность разделения протонной и фотонной компонент, регистрируемых радиозондом одновременно. Определен энергетический спектр высыпающихся электронов в этих событиях. Источником этих потоков электронов в указанных событиях, скорее всего является не земная магнитосфера, а межпланетный ударный фронт. Проведена первичная обработка и анализ большой совокупности первичных экспериментальных данных и в результате этого создан каталог зарегистрированных случаев электронных высыпаний в земной атмосфере, на основе наблюдений этих событий на станциях стратосферного зондирования Оленья (Мурманская область), обсерватория Мирный (Антарктида), Тикси, Норильск и т.д. в период 1958-2003 гг. Полученный долговременный экспериментальный ряд данных является уникальным, и по сей день не имеет аналогов в мировой практике. Следует также отметить, что в отличие от наблюдений высыпаний на околоземных космических аппаратах, в стратосферном эксперименте наблюдаются действительно высыпающиеся частицы, поскольку они, попадая в конус потерь, не возвращаются обратно в магнитосферу, и этот факт не является модельно зависимым, что имеет место при интерпретации экспериментальных данных, получаемых на некоторых космических аппаратах.

Третья глава представляет физические процессы, сопровождающие прохождение энергичных электронов и тормозных фотонов в земной атмосфере. Показаны основные 8 характеристики тормозных фотонов во время зарегистрированных высыпаний в атмосфере. Описаны результаты проведенных расчетов на базе метода Монте-Карло с использованием адаптированного приложения АТМОСОБМЮЗ, реализованного на базе программного комплекса ОЕАМТ-4. Представленные результаты вычислений позволяют восстановить первичный спектр высыпающихся электронов по данным о спектре поглощения тормозных фотонов, полученным по измерениям в стратосфере на баллонах. Анализ межпланетных и геомагнитных условий, сопровождающих наблюдения высыпаний электронов в атмосфере, и его результаты приведены в Главе 4. Показано, что высыпания высокоэнергичных электронов в земную атмосферу происходят в большинстве случаев в условиях отрицательной Вг - компоненты межпланетного магнитного поля и повышенной скорости солнечного ветра. Кроме того, V эти высыпания наблюдаются, в разных фазах геомагнитной бури, они наиболее вероятны вблизи максимумов величины планетарного геомагнитного Кр-индекса, аврорального АЕ и индексов. В это время возрастает уровень потоков релятивистских электронов на геостационарной орбите. Эти временные особенности согласуются с существующими представлениями о накоплении и высвобождении энергии в земной магнитосфере, ускорением инжектированных электронов до релятивистских энергий в магнитосфере.

Исследованию долговременных и короткопериодических вариаций в наблюдениях электронных высыпаний в атмосфере посвящена Глава 5. Экспериментально показано наличие 11-летней вариации и полугодовой волны в наблюдении электронных высыпаний в атмосфере, а также приводятся свидетельства существования 27-дневной повторяемости высыпаний. Возрастание числа высыпаний электронов в атмосфере и потоков релятивистских электронов на геостационарной орбите приходится на фазу спада цикла солнечной активности. В это время на Солнце увеличивается число низкоширотных корональных дыр, являющихся источниками рекуррентных потоков высокоскоростного солнечного ветра в межпланетном пространстве. Эти потоки плазмы, взаимодействуя с земной магнитосферой, приводят к усилению геомагнитной активности и, соответственно, к появлению потоков высыпающихся высокоэнергичных электронов в атмосфере. Представлена установленная по данным стратосферных наблюдений полугодовая вариация (сезонная волна) в частоте зарегистрированных высыпаний энергичных электронов в атмосфере с

2 пиками, приходящимися на апрель и август-октябрь. Проанализированы возможные источники обнаруженной вариации.

Приложение 1 представляет программу ЕЬЕСТК0ЫР11ЕС1Р1ТАТЮК.04МАС, разработанную на основе приложения АТМ0С08М1С8 исследовательского программного комплекса ОеаШ4, с помощью которой проведены расчеты процессов прохождения электронов и тормозных фотонов в земной атмосферы.

В Приложении 2 приведен Каталог зарегистрированных высыпаний электронов в атмосфере в период 1958-2003 гг., включающий основные характеристики этих событий и отдельные геомагнитные индексы.

Основные результаты, представленные к защите:

1. Однородный уникальный ряд экспериментальных данных о высыпаниях высокоэнергичных электронов в полярную атмосферу на протяжении 19-23 циклов солнечной активности, полученный в стратосферном эксперименте ФИАН (в период 1958-2003 гг.). Зарегистрировано 531 событие.

2. Методика выделения событий с высыпаниями высокоэнергичных электронов в земную атмосферу и определения основных характеристик потоков тормозных фотонов в атмосфере во время этих событий. На основе анализа данных одновременных измерений глобального и вертикального потока космических лучей разных энергий, а также используя особенности переходных кривых космических лучей в атмосфере удается надежно выделить случаи высыпаний электронов в земной атмосфере полярных широт.

3. Характеристики потоков тормозных фотонов во время электронных высыпаний. Наличие в отдельных событиях вариаций потока высыпающихся электронов на временной шкале 5-7 минут. Результат анализа данных одновременных наблюдений высыпаний в атмосфере полярных широт на разных геомагнитных долготах, свидетельствующий о протяженной по долготе (>60°) области высыпаний релятивистских электронов в некоторых событиях.

4. Метод восстановления характеристик первичного потока электронов, высыпающихся на границу атмосферы. С помощью ОЕА1МТ4 рассчитан процесс распространения электронов, генерации тормозных фотонов и их распространения в земной атмосфере применительно к данным стратосферного эксперимента. Получены расчетные энергетические спектры фотонов, спектры поглощения вторичных

10 тормозных фотонов и их угловые распределения в атмосфере при следующих условиях: а) диапазон энергий первичных электронов Ее=10 кэВ - 20 МэВ, б) распределение электронов на границе атмосферы в виде изотропного или вертикально падающего потока, в) моноэнергетический поток электронов или распределенный по экспоненциальному энергетическому спектру, с характеристической энергией спектра в диапазоне 5 кэВ -1 МэВ. Результаты получены для 21 уровня остаточной атмосферы в диапазоне Х=0-60 г-см"2, в котором наблюдается большинство электронных высыпаний анализируемого эксперимента. Рассчитаны энергетические спектры высыпающихся электронов в отдельных событиях.

5. Результаты анализа большой совокупности явлений на Солнце, в межпланетной среде и земной магнитосфере, в связи с наблюденными высыпаниями электронов. Эти результаты позволяют заключить следующее: а). Высыпания высокоэнергичных электронов в земную атмосферу происходят, как правило, в условиях отрицательной Вг — компоненты межпланетного магнитного поля и повышенной скорости солнечного ветра. Эти события наблюдались в атмосфере во время геомагнитных возмущений: в начале и главной фазах геомагнитной бури, а также на фазе восстановления. В последнем случае наблюдаются суббури или малые магнитные возмущения перед зарегистрированными высыпаниями. б). Установлен одиннадцатилетний цикл в частоте высыпаний высокоэнергичных электронов в полярную атмосферу. Его максимум сдвинут на 2-4 года относительно солнечного цикла, наблюдаемого в числе солнечных пятен Возрастание числа высыпаний высокоэнергичных электронов в атмосферу и потоков релятивистских электронов на геостационарной орбите приходится на фазу спада цикла солнечной активности. В этот период на Солнце увеличивается число низкоширотных (зачастую трансэкваториальных) корональных дыр, являющихся источниками рекуррентных потоков высокоскоростного солнечного ветра в межпланетном пространстве. Эти потоки плазмы, взаимодействуя с земной магнитосферой приводят, к усилению геомагнитной активности. в). Наблюдается также полугодовая вариация (сезонная волна) в частоте зарегистрированных высыпаний высокоэнергичных электронов в земной атмосфере с 2 пиками, приходящимися на апрель и август-октябрь. Первый пик, с большей вероятностью обусловлен эффектом Рассела-МакФеррона, второй - является суперпозицией указанного выше эффекта, аксиального и равноденственного эффектов.

6. Результат, свидетельствующий о существовании особого класса электронных высыпаний - вторжений электронов во время солнечных протонных событий. Разработан метод разделения протонной и электронной компонент во время таких событий и восстановления характеристик первичного потока высыпающихся электронов.

7. Каталог высыпаний высокоэнергичных электронов, зарегистрированных в полярной атмосфере на станциях стратосферного зондирования Оленья (Мурманская обл.), обсерватория Мирный (Антарктида), Норильск и Тикси в период 1958 - 2003 гт.

Новизна основных результатов. В настоящее время не существуют аналогов однородным экспериментальным данным наблюдений высыпаний энергичных (релятивистских) электронов в земной атмосфере на протяжении почти 50 лет, что и определяет в первую очередь новизну и уникальность полученных в работе результатов. Впервые сделан вывод о распределении высыпаний высокоэнергичных электронов в цикле солнечной активности, о наличии полугодовой (сезонной) волны в появлении этих событий. Новыми являются результаты исследований высыпаний электронов во время солнечных протонных событий. Впервые проведены детальные расчеты процесса прохождения первичного потока электронов и вторичных тормозных фотонов через земную атмосферу; получены энергетические и угловые характеристики потоков вторичных фотонов на различных уровнях атмосферы применительно к стратосферному эксперименту по космическим лучам. Созданный каталог событий электронных высыпаний зарегистрированных в полярной атмосфере в период 19582003 гг. на станциях стратосферного зондирования Оленья (Мурманская обл.), обе. Мирный (Антарктида), Норильск и Тикси является уникальным и дает новые возможности исследований этого интересного явления в будущем.

Научная и практическая ценность. Полученные экспериментальные данные о высыпаниях высокоэнергичных (релятивистских) электронов в земную атмосферу на протяжении более 3-х одиннадцати летних циклов солнечной активности позволяют исследовать как само фундаментальное физическое явление и механизмы эффективного ускорения частиц, их удержания и переноса в условиях земной магнитосферы так и использовать полученные экспериментальные данные и результаты анализа для долгосрочного (в цикле солнечной активности), краткосрочного (например, сезонных

12 вариаций на протяжении года) и оперативного прогнозирования появления значительных потоков высокоэнергичных электронов в околоземном пространстве, в земной магнитосфере и атмосфере. Последнее имеет важное научное и практическое значение. В частности, эти электроны являются основной причиной нарушений функционирования бортовой аппаратуры и систем связи на космических аппаратах во время геомагнитных возмущений (Wu et al., 2000; Baker et al., 1986, 1990, 1994a). Релятивистские электроны проникают достаточно глубоко в наружные элементы и электрическую проводку, вызывая появление статических зарядов (или т.н. " глубокую диэлектрическую зарядку"- deep dielectric charging) и последующие разряды, приводя к многочисленным нарушениям (пробоям) в электрических цепях и приборах. Широко известен случай с потерей связи и нарушениями в приборах контроля на спутниках Intelsat К и ANIK Е2 во время события в 20 января 1994 г. (Baker et al. 1990,1994а).

В этой связи необходимо отметить также, что данное направление является очень актуальным, что нашло отражение в новой Международной программе "Living With А Star (NRA-03-OSS-01-LWS)", ряд проектов которой направлен на изучение физических процессов, обусловливающих связь потоков релятивистских электронов в околоземном пространстве с солнечной активностью (http://lws-trt.gsfc.nasa.gov). Потоки высыпающихся электронов оказывают негативное влияние на функционирование околоземных космических аппаратов, влияют на химические процессы в средней атмосфере, атмосферные процессы и климат. В частности, исследования последних лет показали, что потоки высыпающихся энергичных частиц (как во время солнечных вспышек, так и во время геомагнитных возмущений) оказывают существенное влияние на образование в мезосфере и нижней термосфере (область высот ~ 60-100 км) нечетных молекул NOy (NOy= N0+N02+2*N205+HN03+C1N03+N03) и озона 03. Оказывается, этот эффект от высыпающихся частиц, сравним с эффектом, производимым вариациями солнечного излучения в 11-летнем цикле солнечной активности (Goldberg et al. 1995; Aikin 1992; Callis 2001). Эти химические составляющие существенно влияют на содержание озона и переносятся из верхних слоев атмосферы на средние высоты ~ 25 км. Другими факторами, влияющими на процесс образования NOy являются потоки солнечных протонов и электронов, приходящие в земную атмосферу во время солнечных протонных событий и их образование вследствие поглощения солнечного рентгеновского, ультрафиолетового и крайнего ультрафиолетового излучения (Brausser and Solomon, 1984).

Характеристики потоков высыпающихся электронов на границе атмосферы и потоков вторичных тормозных фотонов можно установить непосредственно из наших данных баллонных измерений и использовать при проведении расчетов радиационной нагрузки на космические аппараты во время электронных высыпаний. Эти данные также необходимы для проведения модельных расчетов физических и химических процессов в земной атмосфере.

Вклад автора. Автор работы в течение более 18 лет является непосредственным участником стратосферного эксперимента по космическим лучам, проводимого в Физическом институте им. П.Н. Лебедева Российской академии наук. Непосредственно им проведена обработка и анализ большой совокупности первичных экспериментальных данных стратосферного зондирования на всех станциях, начиная с 1957 г. - по настоящее время. Им разработан метод выделения событий с высыпаниями высокоэнергичных электронов в земную атмосферу и определения основных характеристик потоков тормозных фотонов в атмосфере во время этих событий; им также усовершенствован метод восстановления характеристик первичного потока электронов, высыпающегося на границу атмосферы на базе поведенных расчетов с использованием исследовательского комплекса ОЕАЫТ4.

Апробация работы. Результаты, полученные при выполнении данной работы, были представлены и обсуждались на многочисленных семинарах и конференциях, как отечественных так и зарубежных: международных конференциях по космическим лучам (проходивших в Италии, 1995 г.; Германии, 2001 г.; Японии, 2003 г.), на Европейских симпозиумах по космическим лучам (Польша, 2000, Россия, 2002; Италия, 2004 г.), международных симпозиумах СОБРАЯ (Япония, 2002; Франция, 2004 г.), Российских конференциях по космическим лучам (1999, 2002, 2004 гг.), на ежегодных всероссийских семинарах по физике авроральных явлений в г. Апатиты КНЦ РАН (2001, 2003 гг.), международных конференциях по физике Солнца (Пулково, Санкт-Петербург, 2001, 2003 г.) на рабочих семинарах ИЗМИРАН, НИИЯФ МГУ, ИПФ РАН и ФИАН, а также опубликованы в отечественных и зарубежных изданиях.

1.5. ВЫВОДЫ ГЛАВЫ 1

В данной главе кратко рассмотрены основные физические характеристики межпланетного магнитного поля и магнитосферы Земли. Рассмотрены основные популяции и источники электронов в межпланетной среде и околоземном космическом пространстве. Представлены основные свойства и структура земной магнитосферы.

Целью настоящей работы является исследование временных и энергетических характеристик физического явления - высыпания потоков высокоэнергичных электронов в земную атмосферу. Основным экспериментальным материалом исследований являются данные измерений потоков космических лучей в атмосфере, начиная с 1957 года по настоящее время. Эти электронные высыпания наблюдаются в основном, во время геомагнитных возмущений. При этом отметим следующее: энергия высыпающихся электронов заключена в широком интервале энергий - от нескольких электрон - вольт (эВ) до нескольких МэВ. Электроны небольших энергий вызывают полярные сияния, всплески аврорального рентгеновского и километрового радиоизлучений и т.д. (Исаев и Пушков, 1958; Imhof et al., 2000; Morioka et al., 2002). Авроральные электроны вызывают ионизацию и свечение во время их высыпаний в земную атмосферу. Электроны с энергиями Ее=3-4 кэВ теряют свою энергию на высотах 100-110 км на возбуждение молекул азота и атомов кислорода и производят авроралыюе свечение в видимой и ультрафиолетовой областях электромагнитных волн (Bailey et al., 2002). Эти же электроны возбуждают атомы азота, что приводит к образованию окиси азота в термосфере. Эти молекулы окиси азота имеют свойство флюоресцировать, что позволяет оценить их концентрацию (плотность), и, затем, оценить поток высыпающихся электронов (Barth et al., 2004). При этом учитывается, что солнечное рентгеновское излучение (длины волн Х-2-20 нм), также является источником образования окиси азота в нижней термосфере. Известно, что минимальные потоки этих электронов приходятся на время летнего солнцестояния в обоих полушариях (192 день в северном и 355 день в южном полушариях). В это время, как правило, скорость солнечного ветра низкая и низкий уровень геомагнитной активности (Barth et al., 2004).

В нашем случае, объект исследования - высокоэнергичные электроны (включая релятивистские), высыпающиеся в земную атмосферу. Эти электроны вследствие энергетических потерь, на высотах Н=70-100 км, конвертируются в потоки вторичных тормозных гамма - квантов (фотонов) с энергиями от нескольких кэВ до нескольких

40

РОССИЙСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ёИШРТЕКА

МэВ, которые проникают достаточно глубоко в атмосферу и несут информацию о процессах, происходящих на границе атмосферы (в магнитосфере и т.д.).

В данной главе рассмотрены возможности стратосферного эксперимента по космическим лучам для исследования указанных явлений и, исходя из этих возможностей, сформулированы основные задачи данной работы и пути их решения. Вкратце отметим, что к ним относится всесторонний анализ и обработка первичных ^ экспериментальных данных стратосферных измерений и определение основных характеристик потоков тормозных фотонов в атмосфере во время этих событий. Проведение анализа пространственных и временных характеристик событий высыпаний электронов на основе анализа данных одновременных наблюдений событий в атмосфере на разных геомагнитных долготах. Анализ временных вариаций потоков высыпающихся электронов во время отдельных случаев высыпаний. Проведение анализа данных измерений солнечного ветра, межпланетного магнитного поля и геомагнитных данных во время высыпаний. Исследование 11-летних и сезонных (полугодовых) вариаций в частоте возникновения событий высыпаний электронов в земной атмосфере и установление взаимосвязи этих вариаций с процессами па Солнце, межпланетной I среде и в геомагнитном поле. Также проведение численных расчетов процесса распространения электронов и фотонов в земной атмосфере, применительно к данным стратосферного эксперимента с целью определения энергетического спектра высыпающихся электронов на границе атмосферы, по данным наблюдений в стратосфере.

Проведение анализа особого класса электронных высыпаний - высыпаний во время солнечных протонных событий. Разработка метода разделения протонной и электронной компонент во время таких событий и восстановления характеристик первичного потока высыпающихся электронов.

ГЛАВА 2. СТРАТОСФЕРНЫЙ ЭКСПЕРИМЕНТ ПО КОСМИЧЕСКИМ ЛУЧАМ. НАБЛЮДЕНИЕ ВЫСЫПАНИЙ ЭНЕРГИЧНЫХ ЭЛЕКТРОНОВ В ЗЕМНУЮ АТМОСФЕРУ.

В данной главе представлено краткое описание методики регистрации космических лучей в земной атмосфере. Приведены основные характеристики станций стратосферного зондирования, экспериментальные данные которых использованы в работе. Излагается методика выделения случаев высыпаний энергичных электронов в земную атмосферу из стратосферного эксперимента. Представлены основные характеристики таких событий, получаемые из стратосферных измерений.

2.1 КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ МЕТОДИКИ РЕГИСТРАЦИИ КОСМИЧЕСКИХ ЛУЧЕЙ В ЗЕМНОЙ АТМОСФЕРЕ.

Измерение потоков космических лучей в земной атмосфере проводится с помощью стандартных радиозондов, поднимаемых на баллонах до высот 25-35 км (см. напр. Чарахчьян А.Н., 1961, 1964; Стожков Ю.И., 1980, Bazilevskaya et al., 1991; и ссылки в них). Детектор заряженных частиц радиозонда состоит из 2-х цилиндрических газоразрядных счетчиков Гейгера, составляющих вертикальный телескоп, с А1-фильтром между ними. Перед запуском каждый счетчик калибруется на контрольном стенде. Это позволяет получать однородный долговременный ряд данных в стратосферном эксперименте, начиная с 1957 г.- Международного Геофизического года. Рабочий размер счетчиков составляет 9.8 см в длину и 1.8 см в диаметре. Толщина

•л стальных стенок счетчиков составляет 0.05 г-см" , толщина ^/-фильтра равна 7 мм (2 г-см"2). Верхний одиночный счетчик регистрирует всенаправленный поток заряженных частиц: электроны с энергиями Ее> 200 кэВ и протоны Ер>5 МэВ. Телескоп регистрирует вертикальный поток заряженных частиц с энергией Ее>5 МэВ- для электронов и Ер>30 МэВ - для протонов, внутри телесного угла ~ 1 ср и не чувствителен к у-лучам. Таким образом, радиозонд одновременно регистрирует всенаправленный и вертикальный потоки заряженных частиц в атмосфере. Следует отметить, что одиночный счетчик также чувствителен к потоку гамма квантов с эффективностью ~ 1%, в то время как эффективность регистрации заряженных частиц равна ~100%. Геометрический фактор одиночного счетчика и телескопа в случае

42 изотропного распределения заряженных частиц в атмосфере составляет 15.1 см" и 17.8 см"2-ср-1, соответственно. Дополнительно, в состав радиозонда входит барограф, позволяющий определить высоту (глубину остаточного атмосферного давления - X (г-см'2)), во время подъема баллона в атмосфере.

Данные о темпе счета одиночного счетчика, телескопа и показания барографа передаются на наземный приемный пункт с помощью радиопередатчика, работающего, h в основном, на частотах 110-140 MHz. Принимаемые данные регистрируются с помощью автоматической системы приема и записи информации; имеется также возможность приема и записи информации вручную.

Таким образом, в каждом полете радиозонда получаются экспериментальные данные о распределении потоков заряженных частиц в атмосфере, в зависимости от У высоты или глубины остаточной атмосферы (X, г-см" ). На основе этих данных получаются т.н. кривые поглощения космических лучей в атмосфере, или переходные кривые. В качестве примера на рис.2.1.1 показаны данные измерений космических лучей на ст. Москва, Мурманск и Мирный 10 мая 1998 г. Слева - данные измерений всенаправленного счетчика, справа - данные вертикального телескопа. По ^ горизонтальной оси представлены величины атмосферной глубины в единицах X (г-см"

9 1 а по вертикальной оси - темп счета одиночного счетчика, N0, мин" и телескопа, NT, мин"1. Темп счета усреднен за каждые 3 минуты. Данные получены в условиях спокойной межпланетной и геомагнитной обстановки, т.е. в отсутствие солнечных протонных событий, Форбуш (Forbush) понижений интенсивности галактических космических лучей и геомагнитных возмущений (в частности, в отсутствие высыпаний энергичных электронов в атмосферу), а также в отсутствие радиоактивных облаков в атмосфере.

Для всех представленных кривых характерно монотонное возрастание темпа счета частиц до максимума (т.н. максимум Пфотцера, который наблюдается на глубинах Х=40-90 г-см"2 и Х=60-150 г-см"2 по данным одиночного счетчика и телескопа, соответствено), а затем плавное уменьшение темпа счета вплоть до границы атмосферы (Х=0). Положение максимума по глубине атмосферы (X) и его величина отличаются для разных станций стратосферного зондирования и меняются в цикле солнечной активности.

Во время солнечных протонных событий (при наличии в околоземном пространстве потоков солнечных протонов с энергиями Ер>100 МэВ) вид этих спокойных» (фоновых) кривых изменяется как по данным одиночного счетчика, так и телескопа: исчезает ярко выраженный максимум в переходных кривых и темп счета возрастает до глубин Х~0 г-см*2. Это вызвано регистрацией потоков солнечных протонов в атмосфере на соответствующих высотах. Методика выделения из стратосферных данных временных и энергетических характеристик солнечных космических лучей (CKJ1) описана подробно в (Чарахчьян Т. Н., 1970; Стожков, 1980; Махмутов, 1983; Базилевская, 1985). Также хорошо разработаны и используются методики выделения Форбуш-понижения интенсивности ГКЛ, их 27-дневных, 11-летних вариации, обнаружения радиоактивных облаков в атмосфере (Чарахчьян Т.Н., 1970; Стожков, 1980; Базилевская, 1985; Свиржевский, 2002). В данной работе, предложена методика выделения случаев высыпаний энергичных электронов в атмосферу, показана возможность определения характеристик первичного потока электронов, высыпающихся в земную атмосферу. х

S 5

600

400

200

ГЛУБИНА АТМОСФЕРЫ, Х(г*см2)

1 10 100 1000 ГЛУБИНА АТМОСФЕРЫ, Х(г*см"2)

Рис.2.1.1 Данные измерений потоков космических лучей в атмосфере 10 мая 1998 г., полученные на станциях стратосферного зондирования: Мурманск (Д), Мирный (о) и Москва (•). Слева-З-х минутные данные одиночного счетчика (темп счета, N1), справа -данные телескопа (темп счета, N2). Для всех представленных кривых характерно монотонное возрастание темпа счета частиц до максимума (т.н. максимум Пфотцера), а затем его плавное уменьшение.

Следует отметить, что наиболее вероятно наблюдение высыпаний электронов на станциях, расположенных относительно геомагнитного поля в области границы стабильного захвата заряженных частиц (например, электронов) в земной магнитосфере. Поэтому, для проведения анализа нами использовались данные измерений космических лучей в атмосфере, полученные на приполярных и полярных станциях стратосферного зондирования. В таблице 2.1 представлена информация о наземных станциях стратосферного зондирования, данные которых использованы в работе. Для каждой станции указаны географические и геомагнитные координаты, период времени проведения регулярных измерений, анализируемый в работе, величина вертикальной жесткости геомагнитного обрезания Rc (Shea 2001), величина параметра Мак-Илвайна (L в ед.-х земного радиуса Re; соответствует положению станции в зоне открытых силовых линий геомагнитного поля); полное число проведенных полетов и/или частота запусков и полное число зарегистрированных случаев высыпаний высокоэнергичных электронов.

Рис. 2.1.2. Географическое положение станций стратосферного зондирования, данные которых использованы в данной работе: 1- ст. Оленья, 2- обе. Мирный, 3- Тикси, 4-Норильск, 5- Баренцбург и 6- Восток. Основные характеристики станций приведены в таблице 2.1.

1. Акасофу С.-И., Чепмен С. Солнечно-земная физика, 4.1, 2. М.: Мир, 512 е., 384 е., 1975.

2. Акиньян С.Т., Базилевская Г.А., Ишков В.Н., Л.И. Мирошнтченко Л.И., Назарова М.Н., Переяслова Н.К., Погодин И.Е., Сладкова А.И., Ульев В.А., Черток И.М. Каталог солнечных протонных событий 1970-1979 гг. / Под ред. Логачева Ю.И. 184 с. М: ИЗМИРАН. 1983.

3. Атмосфера, Справочник (под ред. Ю.С. Седунова), Л: Гидрометеоиздат, 509 е., 1991.

4. Базилевская Г.А., Квашнин А.Н., Чарахчьян А.Н., Чарахчьян Т.Н. Аномальные потоки мягких фотонов в стратосфере во время вспышек КЛ в мае 1967 года. Труды Всес. конференции по космическим лучам, Ташкент, ч.П, вып.2, с.5-8,1968.

5. Базилевская Г.А., Махмутов B.C. Определение абсолютных потоков солнечных протонов с Е > 100 МэВ по данным измерений в стратосфере и нейтронными мониторами, Геомагнетизм и аэрономия, т. 23, № 3, с. 373-377, 1983.

6. Базилевская Г.А., Солнечные протоны с энергией больше 100 МэВ по данным измерений в стратосфере, Диссертация на соискание ученой степени доктора физ.-мат. наук, М., ФИАН, 300 е., 1985.

7. Базилевская Г.А., Махмутов B.C., Свиржевский Н.С., Стожков Ю.И., Струминский А.Б. Модуляция солнечных протонов с энергией больше 100 МэВ в марте 1991 г., Изв. РАН, сер. физ., т. 57, № 7, с. 11-14, 1993.

8. Базилевская Г.А., Махмутов B.C. Высыпания высокоэнергичных электронов в атмосферу по данным зондовых измерений космических лучей, Изв. РАН, сер. физ., т. 63, № 8, с. 1670-1674,1999.

9. Базилевская Г.А., Гоцелюк Ю.В., Денисов Ю.И., Кузнецов С.Н., Рыбаков А.Ю.,

10. Базилевская Г.А., Крайнев М.Б., Махмутов B.C., Свиржевская А.К., Свиржевский Н.С., Стожков Ю.И., Вашенюк Э.В. Солнечные протонные события по наблюдениям в стратосферном эксперименте ФИАН. Геомагнетизм и аэрономия, т. 43. № 4, с. 442-452,2003а.

11. Базилевская Г.А., Махмутов B.C., Свиржевская А.К., Свиржевский Н.С., Стожков Ю.И., Вашенюк Э.В. Высыпания электронов в полярную атмосферу Земли во время солнечных протонных событий. - Изв. РАН, сер. физ., т. 67, № 4, с. 489-491,2003b.

12. Базилевская Г.А., Махмутов B.C., Свиржевская А.К., Свиржевский Н.С., Стожков Ю.И. Долговременные измерения космических лучей в атмосфере Земли. Изв. РАН, сер. физ., т. 69, № 6, с. 835-837,2005.

13. Бондаренко В. А., Зиль М. В., Коломенский А. В., Колосов Д. Э. Спектры солнечных протонных событий в 20,21 циклах солнечной активности, МЦД-Б, 46 е., М. 1986.

14. Вернов С.Н., Лазутин Л.Л., Чарахчьян А.Н., Чарахчьян Т.Н. Внешний радиационный пояс Земли и всплески рентгеновского излучения в стратосфере. В кн. Исследование космического пространства. Наука, с. 454-460, 1965.

15. Головин Б.М., Коняхина С.С. Курносова Л.В., Логачев В.И., Разоренов Л.А.,

16. Синицина В.Г., Фрадкин М.И. Изменения интенсивности избыточного излучения на высотах 250-500 км. Краткие сообщения по физике, №11, с.26-32, 1971.

17. Дегтярев В.И., Попов Г.В., Чудненко С.Э. Динамика потоков квазизахваченныхэлектронов, инжектируемых на геостационарную орбиту во время магнитных бурь. Геомагнетизм и аэрономия, т.39, N3, с.33-40,1999.

18. Ермаков В.И., Стожков Ю.И. Космические лучи в механизме образования грозовых облаков. Краткие сообщения по физике. М.: ФИАН, № 1, с. 23-35,2003.

19. Ермаков В.И., Стожков Ю.И., Свиржевский Н.С. Основные источники ионизации атмосферы, Труды V Росс. конф. по атмосферному электричеству. Владимир: Транзит ИКС, т. I, с. 63-65,2003а.

20. Исаев С.И., Пушков Н.В. Полярные сияния, Изд-е АН СССР, Москва, 112 с., 1958.

21. Каталог солнечных протонных событий 1970-1979 гг., Акиньян С. Т., Базилевская Г. А., Ишков В. Н. и др. (под. ред. Логачева Ю. И.), М. ИЗМИРАН, 184 е., 1982.

22. Калинина О.Я., Лазутин Л.Л., Соколов В.Д. Расчет прохождения тормозного рентгеновского излучения в атмосфере от высыпания электронов с энергией 0.05-10 МэВ, Космические лучи, Москва, 25, с. 107-112,1988.

23. Коврыгина Л.М., Тверская Л.В., Об инжекции электронов в радиационные пояса во время магнитных бурь, Геомагнетизм и аэрономия, т. 18, с. 749-753,1978.

24. Крайнев М.Б. Геометрия расширения солнечной короны и эффекты в космических лучах. Диссертация на соискание ученой степени кандидата физ.-мат. наук, М., ФИАН, 160 е., 1980.

25. Кузьмин И.А., Лазутин Л.Л., Логинов Г.А., Пудовкин М.И., Чарахчьян А.Н., Чарахчьян Т.Н., Геомагнитные возмущения в высоких широтах в июне 1965 г., Полярные сияния, М: Наука, N 17, с. 99-110, 1968.

26. Кузьмин И.А., Лазутин Л.Л., Хлебникова Л.А. Расчет поглощения рентгеновского излучения в атмосфере Земли, Комплексные исследования полярной ионосферы, Л: Наука, с. 159-176, 1970.

27. Кузьмин И.А., Лазутин Л.Л., Агейкин В.А., Щур Л.П. Расчет поглощения рентгеновского излучения в атмосфере Земли, Морфология и физика полярной ионосферы, Л: Наука, с. 181-199,1971.

28. Кузьмин И.А. Методы измерений и расчет прохождения АРИ на разных глубинах атмосферы, Кандидатская диссертация, ПГИ Апатиты: КФ АН СССР, 180 е., 1973.

29. Кэй Д., Лэби Т., Таблицы физических и химических постоянных, Гос. Изд.-во физико-мат., литературы, Москва, 247 е., 1962.

30. Лазутин Л.Л., Ролдугин В. К. Вспышки рентгеновского излучения и полярные сияния. Изв. АН СССР, сер. физ-я, т.ЗО, №11, с. 1804-1806,1966.

31. Лазутин Л. Л., Рентгеновское излучение авроральных электронов и динамика магнитосферы, Л.: Наука, 120 е., 1979.

32. Лазутин Л. Л., Жулин И. А., Радкевич В. Энергичные частицы в магнитосфере Земли, ПГИ, Апатиты, с. 99-111, 1982.

33. Лазутин Л.Л., О структуре возмущенной магнитосферы, Космические исследования, № 5, 2004.

34. Махмутов В. С., Базилевская Г. А., Стожков Ю. И. Сезонный эффект высыпаний энергичных электронов в полярную атмосферу. - Изв. РАН, сер. физ., т. 67, № 10, с. 1449-1451,2003.

35. Махмутов В. С. Исследование энергетических спектров солнечных протонов с энергиями больше 100 МэВ в 21 цикле солнечной активности, Диссертация на соискание ученой степени кандидата физ.-мат. наук, М., МГУ им. М.В. Ломоносова, Москва, 179 е., 1983.

36. Махмутов B.C., Базилевская Г.А., Крайнев М.Б., Свиржевская А.К., Свиржевский Н.С., Связь частоты высыпаний релятивистских электронов в атмосферу с циклом солнечной активности, Изв. РАН, сер. физ., т. 65, № 3, с. 403-405,2001.

37. Махмутов B.C., Базилевская Г.А, Л. Десоргер, Е. Флюкигер Наблюдения высыпаний энергичных электронов в атмосфере в октябре 2003 г., Изв. РАН, сер. физ., т. 69, № 3, с. 881-883,2005.

38. Немец О.Ф., Гофман Ю.Ф. Справочник по ядерной физике, Изд.-во: Наукова думка, Киев, 415 с., 1975.

39. Свиржевская А.К. Энергетические спектры долгопериодических вариаций космических лучей по стратосферным данным, Диссертация на соискание ученой степени кандидата физ.-мат. наук, М., ФИАН, 149 е., 1986.

40. Свиржевский Н.С. Временные и пространственные вариации заряженного излучения в атмосфере Земли. Диссертация на соискание ученой степени доктора физ.-мат. наук. М., ФИАН, 292с., 2002.

41. Сегрэ Э. (ред.), Экспериментальная ядерная физика, Изд.-во иностранной литературы, М., 662 е., 1955.

42. Солнечная и солнечно-земная физика. Иллюстрированный словарь терминов под ред. Бруцека А. и Дюрана Ш., М. Мир, 255 е., 1980.

43. Сосновец Э.Н. С.Н. Вернов и развитие исследований по физике магнитосферы в НИИЯФ МГУ, в сб. Академик С.Н. Вернов - ученый Московского Университета, М: МГУ, с. 46-64, 2004.

44. Стожков Ю.И., Модуляция космических лучей солнечной активностью и общим магнитным полем Солнца, Диссертация на соискание ученой степени доктора физ.-мат. наук, М., ФИАН, 244 е., 1980.

45. Стожков Ю.И., Свиржевский Н.С., Базилевская Г.А., Махмутов B.C., Свиржевская А.К. Исследования космических лучей в атмосфере Арктики и Антарктики. Сб. Арктика и Антарктика. М.: Наука, вып. 3 (37), с. 114-148,2004.

46. Тверской Б.А. Динамика радиационных поясов Земли, М.: Наука, с.223., 1968.

47. Тверской Б.А. Основы теоретической космофизики. Избранные труды, (сост. М.Ф. Бахарева, A.B. Гетлинг, Э.Н. Сосновец, Л.В. Тверская), М: Едиториал УРСС, 376 е., 2004.

48. Тверская Л.В., О границе инжекции электронов в магнитосферу Земли, Геомагнетизм и аэрономия, т. 26, N5, с. 864-865,1986.

49. Чарахчьян А.Н., Радиозонд для измерения интенсивности космических лучей в атмосфере, Космические лучи, N3, с.134-136,1961.

50. Чарахчьян А.Н., Чарахчьян Т.Н. Вековой ход интенсивности космических лучей в стратосфере (1957-1962 гг.). Геомагнетизм и аэрономия, т. 3, № 4, с. 604-607, 1963.

51. Чарахчьян А.Н. Исследование флуктуаций интенсивности космических лучей в стратосфере, вызванных процессами на Солнце. УФН, т. 83, с. 35-62, 1964.

52. Чарахчьян А.Н., Голенков А.Г., Чарахчьян Т.Н. Случаи вторжения в стратосферу частиц внешнего радиационного пояса Земли. Геомагнетизм и аэрономия, т.5, №4, с.757-759,1965.

53. Чарахчьян Т.Н. Геомагнитные возмущения в высоких широтах в июне 1965 г., сб. Полярные сияния, Наука, Москва, №17, с.99-110, 1968.

54. Чарахчьян Т.Н., Исследование космических лучей в стратосфере, Диссертация насоискание ученой степени доктора физ.-мат. наук, М., ФИАН, 243 е., 1970.

55. Aikin, А. С., Stratospheric evidence of relativistic electron precipitation, Planet. Space Sci., v. 40,413-431,1992.

56. Akasofu, S.-I: Geomagnetic storms, substorms, and solar flares, in M. Candidi, M. Storini, and U. Villante (eds.), Sun-Earth Connection and Space Weather, Bologna, SIF Conf. Proc. 75, 181-204, 2001.

57. Arnold R.J., Geomagnetic storms and storm prediction scheme, J.Geophys. Res., v.76, N 5, p. 189-194, 1971.

58. Akasofu S.-I., Prediction of development of geomagnetic storms using the solar wind-magnetosphere energy coupling function s, Planet. Space Sci., v. 29, p. 1151-1158,1981.

59. Akasofu S.-I., Fry C.D., A first generation numerical geomagnetic storm prediction scheme, Planet. Space Sci., v. 34, p. 77-92,1986.

60. Bailey S.M., Barth C.A., Solomon S.C., A model of nitric oxide in the lower thermosphere. J. Geophys. Res., v.107, N A8, p.1206-1213, doi 10.1029/2001JA000258, 2002.

61. Bailey, S. M.; Crowley, G.; Solomon, S. C.; Baker, D. N., The Response of Thermospheric Nitric Oxide to the Geomagnetic Storm of April 2002, American Geophysical Union, Fall Meeting 2002, aNSA21B-0468,2002a.

62. Baker D.N., Blake J.B., Klebesadel R.W., Higbic P.R., Highly relativistic electrons in the Earth's outer magnetosphere, 1. Lifetimes and temporal history 1979-1984, J. Geophys. Res., v.91, p.4265-4272, 1986.

63. Baker, D.N., McPherron, R.L., Cayton, Т.Е., Klebesade, R.W. Linear prediction filter analysis of relativistic electron properties at 6.6 Re, J. Geophys. Res., v. 95. A 9. p. 15,133-15,140, 1990.

64. Baker D.N., Kanekal S., Blake T.B., Klecker В., Rostoker G. Satellite anomalies linked to electron increase in the magnetosphere. EOS, Transactions, AGU, v.75, N 35, p.401-405,1994a.

65. Baker D.N., Effects of the Sun on the Earth's environment, J. Atmosph. And Solar-Terr. Phys, v.62, p. 1669-1681,2000

66. Baranyi T., Ludmany A., Effects of solar polarity reversals on geoeffective plasma streams, J. Geophys. Res., v. 108, pp. SSH 10-1, CitelD 1212, DOI 10.1029/2002JA009553, 2003.

67. Barth C.A., Baker D.N., Bailey S.M. Seasonal variation of auroral electron precipitation. Geophys. Res. Lett., v.31, L. 4809, doi: 10.1029/2003 GL018892, p. 1-4,2004.

68. Bazilevskaya G.A., Makhmutov V.S., Charakhchyan T.N., The influence of the Earth's magnetosphere on the high-energy solar protons, Proc. 19th ICRC, La Jolla, v. 5, p. 363366,1985.

69. Bazilevskaya G.A., Krainev M.B., Stozhkov Yu.I., Svirzhevskaya A.K., Svirzhevsky N.S. Long-term Soviet program for the measurement of ionizing radiation in the atmosphere, J. Geomag. and Geoelectr. V. 43. Suppl. P. 893-900, 1991.

70. Bazilevskaya G.A., Flueckiger E., Makhmutov V.S., Mizin S.V. Omnidirectional and vertical fluxes of charged particles in the Earth's atmosphere during solar proton events, Radiation Measurements, v. 26, No.3, p.443-446, 1996.

71. Bazilevskaya, G.A. and A. K. Svirzhevskaya, On the stratospheric measurements of cosmic rays, Space Sci. Rev., v. 85, p.431-521, 1998.

72. Bazilevskaya G.A., Krainev M.B., Makhmutov V.S., Effects of cosmic rays on the Earth's environment, Journal of Atmospheric and Solar Terrestrial Physics, v. 62, No. 17-18, p. 1577-1586,2000.

73. Bazilevskaya G.A., Krainev M.B., Makhmutov V.S., Fluckiger E.O., Sladkova A.I., Storini M. Structure of the maximum phase of the solar cycles 21 and 22. - Solar Physics, v. 197, No. 1, p. 157-174,2000a.

74. Bazilevskaya G.A., Makhmutov V.S., Svirzhevskay A.K. Energetic electron precipitation in the polar atmosphere: correlation with solar and magnetospheric parameters, Proc. Chapman conf., (accepted, in press), 2004.

75. Bearth C.A., Bailey S.M., Baker D.N. Seasonal variation of auroral electron flux, AGU Fall Meeting, SM32-B, p. 1156,2003.

76. Berger, M.J. and Seltzer, S.M. Bremsstrahlung in the atmosphere, Journ. Atmosph. and Terrestr. Phys., v. 34, p. 85-108,1972.

77. Berger, M.J., Seltzer, S.M., Maeda, K. Some new results on electron transport in the atmosphere, Journ. Atmosph. and Terrestr. Phys., v. 36, p. 591-647, 1974.

78. Blake J.B., Selesnick R.S., Baker D.N., Kanekal S. Studies of relativistic electron injection events in 1997 and 1998, J. Geophys. Res., v. 106, N A9, p.19,157-19,168,2001.

79. Brasseur G., Solomon S., Aeronomy of the middle atmosphere: Chemistry and physics of the stratosphere and mesosphere, Dordrecht, D. Reidel Publishing Co., 457 p., 1984.

80. Brown J. W. and Stone E. C. High-energy electron spikes at high latitudes. J. Geophys. Res., v. 77, p. 3384-3396,1972.

81. Callis L.B. Stratospheric studies consider crucial question of particle precipitation. EOS, American Geophysical Union, v. 82, N. 27, p. 297-299,2001.

82. Chenette D. L., Conlon T. F., Simpson J. A., Observations in interplanetary space of relativistic electrons from Jupiter, The magnetospheres of the earth and Jupiter; Proc. of the Neil Brice Memorial Symp., Italy, p. 301-306, 1975.

83. Chenette D.L., Conlon T.F., Pyle K.R., Simpson J.A. Observations of Jovian electrons, Ap. J., N2, L95-L99, 1977.

84. Chenette D.L. The propagation of Jovian electrons to Earth. J. Geophys. Res., v.85, N. A5, p. 2243-2256,1980.

85. Cliver E.W., Kamide Y., Ling A.G. Mountains versus valleys: Semiannual variation of geomagnetic activity. J. Geophys, Res.,v. 105. p. 2413-2424,2000.

86. Cortie A. Sunspots and terrestrial magnetic phenomena, Mon. Not. Roy. Astron. Soc. V.60, p. 52-60, 1912.

87. Desorgher L. ATMOCOSMICS Software User Manual, (http://reat.space.qinetiq.com/ /septimess/atmocos), 50 p., 2004.

88. Dubinin E. M., Podgorny I. M., Particle precipitation and radiation belt in laboratory experiments, J. Geophys. Res.,v. 79, N 4 p. 1426-1431, 1974.

89. Evans D. Precipitation electron fluxes formed by a magnetic field aligned potential difference. J. Geophys. Res., v.79, p. 2853-2858, 1974.

90. Feldman W. C., Asbridge J.R., Bame S.J., Gosling J.T., Long-term variations of selected solar wind properties: IMP 6,7, and 8 results, J. Geophys. Res., v.83, p. 2177-2189, 1978.

91. Ferreira S.E.S., Potgieter M.S., Burger R.A., Heber B., Fichtner H., Lopate C., Modulation of Jovian and galactic electrons in the heliosphere: 2. Radial transport of a few MeV electrons, J. Geophys. Res., v.106, N A12, p. 29313-29322, 2001.

92. Fichther H., Potgieter M., Ferreira S., Burger A. On the propagation of Jovian electrons in the heliosphere: transport modelling in 4-D phase space. Geophys. Res. Lett., v. 27, N 11, p. 1611-1614,2000.

93. Flueckiger E., Kobel E., Asymptotic directions for the stratospheric cosmic ray measurements at Murmansk and Mirny on 20 October 1989 and 24 March 1991, Proc. 23 th Intern. Cosmic Ray Conf., Calgary, Canada, v. 3, p. 789-792,1993.

94. Goldberg R.A., Baker D.N., Herrero F.A., Jackman C.H., Kanekal S., Twigg P.A.,

95. Mesospheric heating during highly relativistic electron precipitation events, J. Geomag. Geoelectr., v. 47, p. 1237-1247,1995.

96. Gonzalez W.D., Joselin J., Kamide Y. et al. What is a geomagnetic storm? J. Geophys. Res.,v. 99, p.5771-5792, 1994.

97. Gonzalez W.D., Gonzalez A.L., Tsurutani B.T. Dual-peak solar cycle distribution of intense geomagnetic storms. Planet. Space Sci., 38, 181-187,1990.

98. Gonzalez W.D., Tsurutani B.T., Mcintosh P.S., Clua de Gonzalez A.L. Coronal hole-active region-current sheet (CHARCS) association with intense interplanetary and geomagnetic activity. Geophys. Res. Lett., v.23, N19, p.2577-2580, 1996.

99. Gussenhoven M.S., Mullen E.G., Filz R.C., Brautigam D.H., Hanser F.A., New low-altitude dose measurements, IEEE Trans. Nuc. Sci., v. NS- 34, p.676-685, 1987.

100. Heckman G. Space Environment Topics, Solar Maximum. SE-13, 1999.

101. Herrero F.A., Baker D.N., Goldberg R.A. Rocket measurements of relativistic electrons: new features in fluxes, spectra and pitch angle distributions, Geophys. Res.Lett., v. 18, N8, p.1481-1484, 1991.

102. Hirasima Yo, Murakami H., Nakamoto A., Okudaira K., Suzuki H., Yamagami T., Ohta K., et al. A balloon observation of auroral X-ray images in the northern auroral zone. Mem. Nati. Inst. Rolar Res., Spec. Issue, v. 47, p. 44-55,1987.

103. Jordanova V. K., Thorne R. M., Farrugia C. J., Dotan Y., Fennell J. F., Thomsen M. F., Reeves G. D., McComas D. J., Ring Current Dynamics During the 13-18 July 2000 Storm Period, Solar Phys., v. 204, p. 361-375,2001.

104. Jordanova V. K., Kistler L. M., Farrugia C. J., Torbert R. B., Effects of inner magnetospheric convection on ring current dynamics: March 10-12, 1998, J. Geophys. Res., v. 106, p.29705-29720, 2001a.

105. Jordanova V. K., Effects of EMIC Waves Scattering on Ring Current Dynamics, American Geophysical Union, Fall Meeting 2001, aNSM51C-02,2001b.

106. Kanekal S.G., Baker D.N., Blake J.B., Looper M.D., Mewaldt R.A., Lopate C.A. Modulation of Jovian electrons at 1 AU during solar cycles 22-23. Geophys. Res. Lett., v. 30, N15, p. SSC1-1 -1-4,2003.

107. Kennel C. E., Petschek H. E. Limit of stably trapped particle fluxes. J. Geophys. Res., v. 71, N 1, p. 1-28,1966.

108. Makhmutov V. S., Bazilevskaya G.A., Podgorny A. I., Stozhkov Yu. I., Svirzhevsky N. S. The precipitation of electrons into the Earth's atmosphere during 1994, Proc. 24 ICRC, Italy, Rome, v.4, p.l 114-1117,1995.

109. Makhmutov V.S., Bazilevskaya G.A., Krainev M.B. Characteristics of the energetic electron precipitation into the Earth's polar atmosphere and geomagnetic conditions, Adv. Space Res., v. 31, No. 4, p. 1087-1092,2003.

110. Makhmutov V.S., Bazilevskaya G.A., Desorgher, L., Fluckiger, E.O., Precipitating Electron Events in October 2003 as Observed in the Polar Atmosphere, Adv. Spase Res., 2005 (accepted, in press).

111. Mal'tsev Yu.P. Electric Field induced in the magnetosphere by a sudden impulse, Inten. J. Geomag. an Aeronomy, v.l, N1, p.1-6, 1998.

112. Mcintosh D.H., On the annual variation of magnetic disturbance. Phil. Trans. Roy. Soc., ser. A, v. 251, p. 525-552,1959.

113. Morioka, A., Tsuchiya, F., Miyoshi, Y., Misawa, H., Oya, H., Furukawa, K., Duration of Jovian magnetospheric disturbances inferred from decametric radio storms, Earth Planets Science, v.54, p. 1277-1281,2002.

114. Morioka, A., Tsuchiya, F., Misawa, H., Modulation of Jovian electrons by the solar wind, Adv. Space Res., v. 20, p. 205-208,1997.

115. Mozer F. C., Carlson M., Hudson M., Torbet R., Paraday В., Xatteau I., Kelly M.

116. Observations of paired electrostatic shocks in the polar magnetosphere. Phys. Rev. Lett., v.38, p.292-295, 1977.

117. Nakagawa M., Yamagami T., Namiki M., Ohta S., Akiyama H., Matsuzaka Y., Okabe Y. at el. Observation of cosmic rays and auroral X-rays in the polar patrol balloon experiment. Advances in Space Research, v. 17, No. 9, p. 111-114, 1996.

118. Newell P.T., Lyons K.M., Meng C.-I., A large survey of electron acceleration events, J.Geophys. Res., v.101, A2, p. 2599-2614,1996.

119. Newell P.T., Feldstein Y.I., Galperin Yu. I., Meng Ching-I., Morphology of nightside precipitation, J. Geophys. Res., v. 101, p. 10737-10748, 1996a.

120. O'Brien T. P. and McPherron R. L., Seasonal and diurnal variation of Dst dynamics. J. Geophys. Res., v. 107, N All, p. SMP 3-1 -3-10, 2002.

121. Orlando M., Moreno G., Parisi M., Storini M., Semiannual variation of the geomagnetic actvity and solar wind parameters, Geophys. Res. Lett. v.20. p. 2271-2274, 1993.

122. Parks G. K., Winckler J. R., Acceleration of Energetic Electrons Observed at the Synchronous Altitude during Magnetospheric Substorms, J. Geophys. Res., v. 73, p.5786-5792,1968.

123. Parks G.K., Freeman T., McCarthy M., Werden S., Smith D., Lin R.P., Images and energy spectra of an impulsive X-ray burst observed in the Antarctic polar region, Antarctic journal of the USA, v. 27, N5, p.301-304, 1992.

124. Parks G.K., Werden S.H., McCarthy M.P., Pinhole X-ray cameras for imaging small-scaled auroras structures, Optical Engineering, v.32 (12), p.3164-3169, 1993.

125. Podgorny A.I., Podgorny I. M., Minami S. Plasma acceleration in the magnetotail as an origin of the electric field generation during a substorm, J. Geomag. Geoelectr., v. 40, p. 1099-1104,1997.

126. Podgorny A.I., Podgorny I. M., The mechanism of energy release and field-aligned current generation during substorms and solar flares, Proc. XXIII Annual Seminar, Kola Science center RAS, Apatity, p. 92-95,2000.

127. Pyle, K.R., Simpson, J.A., The Jovian relativistic electron distribution in interplanetary space from 1 to 11 AU: Evidence for a continuously emitting "point" source, Astrophys. J., v. 215, L89-L93, 1977.

128. Roelof E.C., Simnet G.M., Tappin S.J., The regular structure of shock-accelerated 40100 keV electrons in the high latitude heliosphere. Astronomy & Astrophys., v.316, p.481-486,1996.

129. Rees M. N. Auroral energy deposition rate. Planet. Spase Sci., v.40, N 2-3, p. 299-313, 1992.

130. Richardson, I. G., Cliver E. W., and Cane H. V. Sources of geomagnetic storms for solar minimum and maximum conditions during 1972-2000, Geophys. Res. Lett., v.28, p. 13,2569-13,2572, 2001.

131. Russel C.T. and McPherron R.L. Semiannual variation of geomagnetic activity. J. Geophys. Res., v. 78, p. 92-108,1973.

132. Shea M. and Smart D.F. Vertical cutoff rigidities for cosmic ray stations since 1955. Proc. 27th ICRC, Hamburg, Germany, Hamburg: Copernicus Gesellshaft, v. SH, p. 4063-4066,2001.

133. Shirochkov A.V., Makarova L.N., Sokolov S.N., Sheldon W.R., Simultaneous bursts of solar protons and relativistic electrons in the Earth's magnetosphere: what we can learn by studying these events, Absracts for Toulose Conference, Sept. 2-5, 2003.

134. Sletten A. & Stadsnes J., Auroral Zone X-ray events and their relation to polar magnetic substorms, J. Atmos.Terr. Phys., v. 23, 589-594,1971.

135. Sladkova A.I., Bazilevskaya G.A., Ishkov V.N., Nazarova M.N., Pereyaslova N.K., Stupishin A.G., Ulyev V.A., Chertok I.M, Yu.I. Logachev (ed.), Catalogue of solar proton events 1987-1996, Moscow: Moscow University Press, 248 p., 1998.

136. Smith E. J.; Tsurutani B. T.; Chenette D. L.; Conlon T. F.; Simpson J. A., Jovian electron bursts - Correlation with the interplanetary field direction and hydromagnetic waves, J. Geophys. Res. v. 81, p. 65-72,1976.

137. Solar-Geophysical Data, National Geophysical and Solar-Terrestrial Data Center. Boulder. Colorado. N274 etc., 1967-2004.

138. Storini M., Bazilevskaya G.A., Fluckiger E.O., Krainev M.B., Makhmutov V.S., Sladkova A.I.,The Gnevyshev gap: A review for space weather, Advances in Space Research, v. 31, No.4,p. 895-900,,2003.

139. Stozhkov Yu.I., Svirzhevsky N.S., Makhmutov V.S., Svirzhevskaya A.K., Kvashnin A.N., Glushkov I.A. About unmodulated cosmic ray spectrum and modulation region size. -Tokyo: Universal Academy Press, Inc., v. 7, p. 4077-4080, 2003.

140. Stozhkov Y.I., Ermakov V.I., Makhmutov V.S. Cosmic rays and atmospheric processes. Proc. 27th Intern. Cosmic Ray Conf., Hamburg, Germany, v. SH, p. 4157-4160,2001.

141. Stozhkov Y.I., Svirzhevsky N.S., Makhmutov V.S., Svirzhevskaya A.K. Long-term cosmic ray observations in the atmosphere. Proc. 27th Intern. Cosmic Ray Conf., Hamburg, Germany, v. SH, p. 3883-3886, 2001a.

142. Stozhkov Y.I., Svirzhevsky N.S., Makhmutov V.S. Cosmic ray measurements in the atmosphere. Preprint LPI No. 8. Moscow: FIAN, 21 p., 2001b.

143. Svestka Z., Simon P. (eds) Catalogue of solar proton events (1955-1969). D. Reidel Publ. Co., Dordrecht, 415 p., 1975.

144. Summers D., Thorne R.M., Relativistic electron pitch-angle scattering by electromagnetic ion cyclotron waves during geomagnetic storms, Volume 108, Issue A4, pp. SMP 2-1, CitelD 1143, DOI 10.1029/2002JA009489, 2003.

145. Teegarden B.J., F.B. McDonald, J.H. Trainor, W.R. Webber, Roelof E.C. Interplanetary MeV electrons of Jovian origin. J. Geophys. Res., v. 79, p. 3615-3622, 1974.

146. Thorne R. M., A possible cause of dayside relativistic electron precipitation events, J. Atmos. Terr. Phys., 36, 635-645, 1974.

147. Tsuchiya F., Morioka A., Misawa H., Jovian electron modulation by the solar wind interaction with the magnetosphere. Earth Planets Science, v.51, p. 987-996, 1999.

148. Tsyganenko N.A. A magnetospheric magnetic field model with a warped tail current system, Planet. Space Sci., v. 37, p.5-20, 1989.

149. Voss H.D., Mobilia D.W., Datlowe D.W., Gaines E.E. The precipitation ofrelativistic electrons near the trapping boundary, J. Geophys. Res., v. 96, n. A4, p. 56195629, 1991.

150. Watari S., The effect of the high-speed stream following the corotating interaction region on the geomagnetic activities, Ann. Geophysicae, v. 15, p. 662-670, 1997.

151. West R.H., Parks G.K. ELF emissions and relativistic electron precipitation, J. Geophys. Res., v. 89, p. 159-167,1984.

152. Willams D. J. and Trefall H. Field-aligned precipitation of 30-kev electrons. J. Geophys. Res., v. 81, p. 2927-2934,1976.

153. Williams D.J., A 27-day periodicity in outer zone trapped electron intensities, J.Geophys. Res., v.71, p.1815-1821,1966.

154. World Data Center for Geomagnetism, Kyoto, http://swdcwww.kugi.kvoto-u.ac.ip/index.html.

155. Wu J.-G., Eliasson L., Lundstedt H. et al. Space environment effects on geostationary spacecraft: analysis and prediction, Adv. Space Res., v.26, no.l, p.31-36, 2000.

156. Zelenyi L. M., Petrukovich A. A, Lutsenko V. N., Mogilevsky M. M. Interball mission generates results on magnetosphenic dynamics and magnetosphere-ionosphere interaction. EOS, Transactions, American Geophysical Union, v.85, N 17, p. 169-173, 2004.