Развитие метода восстановления энергетических спектров высыпающихся электронов по данным измерений в атмосфере

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Проведение Физическим институтом им. Лебедева (ФИАН) регулярных измерений потоков заряженных частиц в атмосфере Земли позволило зарегистрировать с 1963 г. более 500 случаев высыпаний энергичных электронов в северных полярных широтах. Полученные экспериментальные данные представляют собой единственную в мире базу данных о высыпаниях электронов, зарегистрированных непосредственно в земной атмосфере. Первичные потоки высыпающихся электронов поглощаются в верхних слоях атмосферы. Однако, генерируемые ими потоки вторичных фотонов могут проникать глубоко в атмосферу, иногда до высот ~20 км, доступных для баллонных измерений ФИАН. В работе представлена новая методика восстановления энергетического спектра высыпающихся электронов, разработанная на основе моделирования методом Монте-Карло процесса распространения электронов в атмосфере. Показана применимость методики для накопленных экспериментальных данных и представлены новые результаты для отдельных событий, зарегистрированных в атмосфере.

Об авторах

В. С. Махмутов

Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН (ФИАН); Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет)

Email: makhmutv@sci.lebedev.ru
Россия, Москва; Россия, Москва

Е. А. Маурчев

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

Email: maurchev1987@gmail.com
Россия, Москва, Троицк; Россия, (Мурманская обл.), Апатиты

Г. А. Базилевская

Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН (ФИАН)

Email: bazilevskayaga@lebedev.ru
Россия, Москва

И. А. Миронова

Санкт-Петербургский государственный университет (СПбГУ)

Автор, ответственный за переписку.
Email: irini.mironova@gmail.com
Россия, Санкт-Петербург

Список литературы

  1. – Agostinelli S., Allison J., Amako K. et al. Geant4 – a simulation toolkit //Nucl. Instrum. Meth. A. V. 506. № 3. P. 250–303. 2003. https://doi.org/10.1016/S0168-9002(03)01368-8
  2. – Anderson K.A. Soft radiation events at high altitude during the magnetic storm of August 29–30, 1957 // Phys. Rev. V. 111. P. 1397–1405. 1958. https://doi.org/10.1103/PhysRev.111.1397
  3. – Arsenovic P., Rozanov E., Stenke A., Funke B., Wissing J., Mursula K. et al. The influence of middle range energy electrons on atmospheric chemistry and regional climate // J. Atmos. Sol.-Terr. Phy. V. 149. P. 180–190. 2016. https://doi.org/10.1016/j.jastp.2016.04.008
  4. – 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. Geomagn. Geoelectr. V. 43 (Suppl.). P. 893–900. 1991. https://doi.org/10.5636/jgg.43.Supplement2_893
  5. – Bazilevskaya G.A., Svirzhevskaya A.K. On the stratospheric measurements of cosmic rays // Space Sci. Rev. V. 85. P. 431–521. 1998.
  6. – Bazilevskaya G.A., Kalinin M.S., Krainev M.B., Makhmutov V.S., Stozhkov Y.I., Svirzhevskaya A.K., Svirzhevsky N.S., Gvozdevsky B.B. Temporal characteristics of energetic magnetospheric electron precipitation as observed during long-term balloon observations // J. Geophys. Res. – Space. V. 125. № 11. e28033. 2020. https://doi.org/10.1029/2020JA028033
  7. – Bazilevskaya G.A., Dyusembekova A.S., Kalinin M.S., Krainev M.B., Makhmutov V.S., Svirzhevskaya A.K., Svirzhevsky N.S., Stozhkov Yu.I., Tulekov E.A. Comparison of the results on precipitation of high-energy electrons in the stratosphere and on satellites // Cosmic Res. V. 59. № 1. P. 24–29. 2021. https://doi.org/10.1134/S0010952521010020
  8. – Charakhchyan A.N. Investigation of stratosphere cosmic ray intensity fluctuations induced by processes on the Sun // Usp. Fiz. Nauk. V. 83. P. 35–62. 1964.
  9. – Grankin D., Mironova I., Bazilevskaya G., Rozanov E., Egorova T. Atmospheric Response to EEP during Geomagnetic Disturbances // Atmosphere. V. 14. № 2. P. 273. 2023. https://doi.org/10.3390/atmos14020273
  10. – Lazutin L.L., Khrushchinsky A.A., Kozelova T.V. et al. SAMBO-GEOS: On three-dimensional substorm dynamics – A case study for 4 March 1979 // Adv. Space Res. V. 5. № 4. P. 171–174. 1985. https://doi.org/10.1016/0273-1177(85)90134-6
  11. – 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 Int. Cosmic Ray Conf., Hamburg, SH. P. 4196–4199. 2001.
  12. – Makhmutov V.S., Bazilevskaya G.A., Desorgher L., Flückiger E. Precipitating electron events in October 2003 as observed in the polar atmosphere // Adv. Space Res. V. 38. № 8. P. 1642–1646. 2006. https://doi.org/10.1016/j.asr.2006.01.016
  13. – Makhmutov V.S., Bazilevskaya G.A., Stozhkov Y.I., Svirzhevskaya A.K., Svirzhevsky N.S. Catalogue of Electron Precipitation Events as Observed in the Long-Duration Cosmic Ray Balloon Experiment // J. Atmos. Sol.-Terr. Phy. V. 149. P. 258–276. 2016. https://doi.org/10.1016/j.jastp.2015.12.006
  14. – Maurchev E.A., Mikhalko E.A., Germanenko A.V., Balabin Yu.V., Gvozdevsky B.B. RUSCOSMICS Software Package as a tool for estimating the Earth’s atmosphere ionization rate by cosmic ray protons // B. Russ. Acad. Sci. Phys. V. 83. № 5. P. 653–656. 2019. https://doi.org/10.3103/S1062873819050241
  15. – Maurchev E.A., Baltabin Yu.V., Germanenko A.V., Gvozdevsky B.B. Modeling the transport of Solar Cosmic Ray Proton Fluxes through Earth’s Atmosphere for the GLE42 and GLE44 Events // B. Russ. Acad. Sci. Phys. V. 85. P. 273–276. 2021a. https://doi.org/10.3103/S1062873821030151
  16. – Maurchev E.A., Balabin Yu.V., Germanenko A.V., Mikhalko E.A., Gvozdevsky B.B. Calculating the Rate of Ionization during a GLE Event with a Global Model of Earth’s Atmosphere and Estimating of the Contribution to this Process from Galactic Cosmic Ray Particles with Z > 2 // B. Russ. Acad. Sci. Phys. V. 85. P. 277–281. 2021b. https://doi.org/10.3103/S1062873821030163
  17. – Maurchev E.A., Mikhalko E.A., Balabin Yu.V., Germanenko A.V., Gvozdevsky B.B. Estimated equivalent radiation dose at different altitudes in Earth’s atmosphere // Sol-Terr. Phys. V. 8. № 3. P. 27–31. 2022. https://doi.org/10.12737/stp-83202204
  18. – Millan R.M., McCarthy M.P., Sample J.G. et al. The balloon array for RBSP relativistic electron losses (BARREL) // Space Sci. Rev. V. 179. P. 503–530. 2013. https://doi.org/10.1007/s11214-013-9971-z
  19. – Mironova I., Artamonov A., Bazilevskaya G., Rozanov E., Makhmutov V., Mishev A., Karagodin A. Ionization of the polar atmosphere by energetic electron precipitation retrieved from balloon measurements // Geophys. Res. Lett. V. 46. P. 990–996. 2019. https://doi.org/10.1029/2018GL079421
  20. – Picone J.M., Hedin A.E. NRLMSISE-00 empirical model of the atmosphere: Statistical comparisons and scientific issues // J. Geophys. Res. V. 107. № A12. P. 1468. 2002. https://doi.org/10.1029/2002JA009430
  21. – Sinnhuber M., Nieder H., Wieters N. Energetic Particle Precipitation and the Chemistry of the Mesosphere/Lower Thermosphere // Surv. Geophys. V. 33. P. 1281–1334. 2012. https://doi.org/10.1007/s10712-012-9201-3
  22. – Stozhkov Y.I., Svirzhevsky N.S., Bazilevskaya G.A., Kvashnin A.N., Makhmutov V.S., Svirzhevskaya A.K. Long-term (50 years) measurements of cosmic ray fluxes in the atmosphere // Adv. Space Res. V. 44. № 10. P. 1124–1137. 2009. https://doi.org/10.1016/j.asr.2008.10.038
  23. – Winckler J.R., Bhavsar P.D., Anderson K.A. A study of the precipitation of energetic electrons from the geomagnetic field during magnetic storms // J. Geophys. Res. V. 67. № 10. P. 3717–3735. 1962. https://doi.org/10.1029/JZ067i010p03717
  24. – Woodger L.A., Halford A.J., Millan R.M. et al. A summary of the barrel campaigns: Technique for studying electron precipitation // J. Geophys. Res. – Space. V. 120. P. 4922–4935. 2015. https://doi.org/10.1002/2014JA020874
  25. – http://www.cern.ch/geant4
  26. – https://ruscosmics.ru/FIANRSCSM/
  27. – https://satdat.ngdc.noaa.gov/sem/poes/data/

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2.

Скачать (156KB)
Метаданные
3.

Скачать (73KB)
Метаданные
4.

Скачать (70KB)
Метаданные

© В.С. Махмутов, Е.А. Маурчев, Г.А. Базилевская, И.А. Миронова, 2023