Моделирование радиационной обстановки на земле во время солнечных протонных событий в процессе геомагнитной инверсии

Обложка

Цитировать

Полный текст

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

Аннотация

Исследуется радиационная опасность на Земле от галактических и солнечных космических лучей при прохождении их через современную и разреженную (в результате множественных инверсий) атмосферу во время солнечных протонных событий и в момент геомагнитной инверсии. Полагается, что в процессе инверсии геомагнитное поле ослабевает и принимает осесимметричную квадрупольную конфигурацию. Показано, что в случае однократной инверсии, когда атмосфера не успевает измениться, мощности доз радиации увеличиваются только на низких широтах и идентичны современному радиационному уровню у полюсов. Однако, в период множественных инверсий, когда атмосфера разрежена, уровень радиации в момент инверсии на поверхности Земли повышается, в среднем, в два раза, по сравнению с современным уровнем на всех широтах, что может влиять на биосферу.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Н. Н. Левашов

Институт космических исследований РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: nn.levashov@physics.msu.ru
Россия, Москва

О. О. Царева

Институт космических исследований РАН

Email: nn.levashov@physics.msu.ru
Россия, Москва

В. Ю. Попов

Институт космических исследований РАН; МГУ имени М.В. Ломоносова; Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики»

Email: nn.levashov@physics.msu.ru

Физический факультет

Россия, Москва; Москва; Москва

Х. В. Малова

Институт космических исследований РАН; МГУ имени М.В. Ломоносова

Email: nn.levashov@physics.msu.ru

Научно-исследовательский институт ядерной физики им. Д.В. Скобельцына

Россия, Москва; Москва

Л. М. Зеленый

Институт космических исследований РАН

Email: nn.levashov@physics.msu.ru
Россия, Москва

Список литературы

  1. Маурчев Е.А., Балабин Ю.В., Германенко А.В. и др. Влияние протонов космических лучей на образование вторичных частиц и ионизацию в атмосфере Земли // Труды Кольского научного центра РАН. 2019. Т. 10. № 8(5). С. 240–249. https://doi.org/10.25702/KSC.2307-5252.2019.10.8.240-249
  2. Snyder C.W., Neugebauer M., Rao U.R. The solar wind velocity and its correlation with cosmic ray variations and with solar and geomagnetic activity // J. Geophys Res. 1963. V. 68. Iss. 34. P. 6361–6370. https://doi.org/10.1029/JZ068i024p06361
  3. Криволуцкий А.А., Репнев А.И. Воздействие космических энергичных частиц на атмосферу земли (обзор) // Геомагнетизм и аэрономия. 2012. Т. 52. № 6. С. 723–754.
  4. Dehant V., Lammer H., Kulikov Y.N. et al. Planetary Magnetic Dynamo Effect on Atmospheric Protection of Early Earth and Mars // Space Science Reviews. 2007. V. 129(1–3). P. 279–300. https://doi.org/10.1007/s11214-007-9163-9
  5. Wei Y., Pu Z., Zong Q.-W. et al. Oxygen escape from the Earth during geomagnetic reversals: Implications to mass extinction // Earth and Planetary Science Letters. 2014.V. 394. P. 94–98. https://doi.org/10.1016/j.epsl.2014.03.018
  6. Царёва О.О., Зелёный Л.М., Малова Х.В. и др. Что ожидает человечество при инверсии магнитного поля Земли: угрозы мнимые и подлинные // Успехи физических наук. 2018. № 188. С. 207–220. https://doi.org/10.3367/UFNr.2017.07.038190
  7. Laurenza M., Consolini G., Storini M. et al. The Weibull functional form for SEP event spectra // J. Physics Conference Series. 2015. V. 632. Art.ID012066. https://doi.org/10.1088/1742-6596/632/1/012066
  8. Agostinelli S., Allisonas J., Amako K. et al. Geant4 – A Simulation Toolkit // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research. 2003. V. 506. P. 250–303. https://doi.org/10.1016/S0168-9002(03)01368-8
  9. Allison J., Amako K., Apostolakis J. et al. Recent developments in geant4 // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research. Section A. 2016. V. 835. P. 186–225. https://doi.org/10.1016/j.nima.2016.06.125
  10. Picone J., Hedin A.E., Drob D. et al. NRLMSISE-00 empirical model of the atmosphere: Statistical comparison and scientific issues // J. Geophysical Research. 2002. V. 107. Iss. A12. Art.ID. 1468. https://doi.org/10.1029/2002JA009430
  11. Störmer C. The polar Aurora. Oxford: Clarendon Press, 1955.
  12. Tsareva O.O. Generalization of Störmer theory for an axisymmetric superposition of dipole and quadrupole fields // J. Geophysical Research: Space Physics. 2019. V. 124. P. 2844–2853. https://doi.org/10.1029/2018JA026164
  13. Stadelmann A., Vogt J., Glassmeier K.H. et al. Cosmic ray and solar energetic particle flux in paleomagnetospheres // Earth Planets and Space. 2010. V. 62. P. 333–345. https://doi.org/10.5047/eps.2009.10.002
  14. Мурзин В. Астрофизика космических лучей. М.: Университетская книга; Логос, 2007.
  15. Glatzmaier G.A., Roberts P.H. A three-dimensional convective dynamo solution with rotating and finitely conducting inner core and mantle // Physics of the Earth and Planetary Interiors. 1995. V. 91. Iss. 1. P. 63–75. https://doi.org/10.1016/0031-9201(95)03049-3
  16. Valet J.-P., Thevarasan A., Bassinot F. et al. Two records of relative paleointensity for the past 4 Myr. // Frontiers in Earth Science. 2020. V. 8. Iss. 148. https://doi.org/10.3389/feart.2020.00148
  17. Herrero-Bervera E., Valet J.-P. Absolute paleointensity and reversal records from the Waianae sequence (Oahu, Hawaii, USA) // Earth and Planetary Science Letters. 2005. V. 234. Iss. 1–2. P. 279–296. https://doi.org/10.1016/j.epsl.2005.02.032
  18. Poluianov S., Batalla O. Cosmic-ray atmospheric cutoff energies of polar neutron monitors // Advances in Space Research. 2022. V. 70. Iss. 9. P. 2610–2617. https://doi.org/10.1016/j.asr.2022.03.037
  19. Vogt J., Glassmeier K.H. On the location of trapped particle populations in quadrupole magnetospheres // J. Geophysical Research: Space Physics. 2000. V. 105. Iss. A6. P. 13063–13071. https://doi.org/10.1029/2000ja900006
  20. Berner R.A. Geological nitrogen cycle and atmospheric N2 over Phanerozoic time // Geology. 2006. V. 34. Iss. 5. Art.ID. 413. https://doi.org/10.1130/g22470.1
  21. Ilie R., Liemohn M.W. The outflow of ionospheric nitrogen ions: A possible tracer for the altitude dependent transport and energization processes of ionospheric plasma // J. Geophysical Research: Space Physics. 2016. V. 121. P. 9250–9255. https://doi.org/10.1002/2015JA022162
  22. Cannell A., Nel A. Paleo-air pressures and respiration of giant Odonatoptera from the Late Carboniferous to the Early Cretaceous // Palaeoentomology. 2023. V. 6. Iss. 4. https://doi.org/10.11646/palaeoentomology.6.4.6
  23. Sato T., Yasuda H., Niita K. et al. Development of PARMA: PHITS-based analytical radiation model in the atmosphere // Radiation research. 2008. V. 170. Iss. 2. P. 244–259. https://doi.org/10.1667/RR1094.1

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Спектры первичных протонов ГКЛ (черная сплошная кривая), альфа-частиц (красная кривая) ГКЛ в солнечный минимум и протонов СКЛ во время СПС (черная пунктирная кривая)

Скачать (93KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Зависимость температуры (черная пунктирная кривая) и давления (красная сплошная кривая) современной атмосферы от высоты

Скачать (81KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Жесткость геомагнитного обрезания осесимметричных дипольного и квадрупольного магнитных полей от магнитной широты

Скачать (71KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Мощность доз радиации от ГКЛ на высоте 10 км для протонов (а), нейтронов (б), мюонов (в) и электронов (г)

Скачать (290KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Мощность доз радиации от ГКЛ на поверхности Земли для мюонов (а) и нейтронов (б)

Скачать (145KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Мощность суммарных доз радиации от ГКЛ на высоте 10 км (а), на поверхности Земли (б)

Скачать (158KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Мощность доз радиации от СКЛ во время СПС на высоте 10 км для протонов (а), нейтронов (б), электронов (в), суммарные для всех частиц (г)

Скачать (248KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Мощность доз радиации СКЛ во время СПС для нейтронов на поверхности Земли

Скачать (78KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025