Solar-Terrestrial PhysicsSolar-Terrestrial PhysicsСолнечно-земная физика / Solnechno-Zemnaya Fizika / Solar-Terrestrial Physics2712-96402078110.12737/szf-43201810Результаты исследованийResults of current researchРезультаты исследованийAtmospheric effects of the cosmic-ray mu-meson componentАтмосферные эффекты мюонной компоненты космических лучейЯнчуковскийВалерий ЛеонидовичYanchukovskyValery Leonidovichvjanch@gs.nsc.ru
доктор физико-математических наук;
doctor of physical and mathematical sciences;
КузьменкоВасилий СергеевичKuzmenkoVasiliy Sergeevichmp3.87@mail.ruИнститут нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А. Трофимука СО РАННовосибирскРоссияTrofimuk Institute of Petroleum Geology and Geophysics SB RASNovosibirskRussian FederationИнститут нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А. Трофимука СО РАННовосибирскРоссияTrofimuk Institute of Petroleum Geology and Geophysics SB RASNovosibirskRussian Federation4395102https://naukaru.ru/en/nauka/article/20781/view
Вариации интенсивности космических лучей, наблюдаемые в глубине атмосферы, включают атмосферную составляющую вариаций. Мюонные телескопы космических лучей наряду с барометрическим обладают значительным температурным эффектом, обусловленным нестабильностью регистрируемых частиц. Для учета в данных мюонных телескопов атмосферных эффектов по экспериментальным данным с использованием различных методов факторного анализа найдены метеорологические коэффициенты интенсивности регистрируемых в глубине атмосферы мюонов. Полученные по экспериментальным данным результаты сопоставлены с результатами теоретических расчетов.
Variations in the intensity of cosmic rays observed in the depth of the atmosphere include the atmospheric component of the variations. Cosmic-ray muon telescopes, along with the barometric effect, have a significant temperature effect due to the instability of detected particles. To take into account atmospheric effects in muon telescope data, meteorological coeffi-cients of muon intensity are found. The meteorological coefficients of the intensity of muons recorded in the depth of the atmosphere are estimated from experi-mental data, using various methods of factor analysis. The results obtained from experimental data are com-pared with the results of theoretical calculations.
ВВЕДЕНИЕВариации интенсивности космических лучей (КЛ), наблюдаемые в атмосфере с помощью мюонных телескопов, представляют собой суперпозицию эффектов различной природы [Дорман, 1975]. Межпланетная составляющая вариаций интенсивности КЛ обусловлена процессами на Солнце и в межпла-нетной среде [Дворников и др., 2005], магнитосферная составляющая вызвана возмущениями в магнитосфере [Кичигин и др., 2017], а атмосферные вариации связаны с изменением параметров атмосферы (давления, температуры, влажности, перераспреде-ления масс) [Дорман, 1972]. Атмосферные вариации интенсивности КЛ складываются из барометрического, температурного эффектов и эффекта влажности. Вклад каждого из перечисленных эффектов в атмосферную составляющую вариаций КЛ для разных вторичных компонент неодинаков. Для нуклонной компоненты определяющим является барометрический эффект. Для мезонной компоненты, состоящей из нестабильных частиц, характерен в основном резко выраженный температурный эффект при наличии небольшого барометрического эффекта. Для общей ионизующей компоненты вторичных КЛ наблюдается вклад всех перечисленных эффектов в атмосферные вариации. При использовании результатов наблюдений, проводимых с помощью мюонных телескопов [Янчуковский и др., 2016], следует корректно учитывать в данных вклад атмосферных эффектов. Для этого необходимо оценить воздействие атмосферных параметров на интенсивность мюонов в атмосфере. Интегральный метод, предложенный в [Дорман, 1957], дает возможность учета температурного эффекта интенсивности мюонов от всей атмосферы. Метод предполагает наличие регулярных данных температурного разреза атмосферы и знание рас-пределения плотности температурных коэффициен-тов для мюонов в атмосфере. Его расчет был выпол-нен для Новосибирского мюонного телескопа-годоскопа и Якутского подземного комплекса мюонных телескопов [Кузьменко, Янчуковский, 2017]. Однако на практике результаты теоретических расчетов для коррекции данных наблюдений следует использовать с осторожностью, поскольку все расчеты выполняются обычно с теми или иными приближениями [Дорман, Янке, 1971; Berkova et al., 2008; Дмитриева и др., 2009; Кузьменко, Янчуковский, 2017]. Экспериментальная оценка распределения плотности температурных коэффициентов также затруднена, поскольку вариации температуры различных слоев атмосферы коррелированны. Поэтому для экспериментальной оценки температурных коэффициентов интенсивности мюонов по результатам непрерывных наблюдений были использованы различные методы анализа данных.
Айвазян С.А. Прикладная статистика и основы эконометрики. М.: Юнити, 2001. 403 с.Aivazyan S.A. Prikladnaya statistika i osnovy ekonometriki [Applied Statistics and Founda-tions of Econometrics]. Moscow, Yuniti Publ., 2001, 403 p. (In Russian).Айвазян С.А., Бухштабер В.М., Енюков И.С., Мешалкин Л.Д. Прикладная статистика. Классификация и снижение размерности. М.: Финансы и статистика, 1989. 607 с.Aivazyan S.A., Bukhshtaber V.M., Enyukov I.S., Meshal-kin L.D. Prikladnaya Statistika. Klassifikatsiya i Snizhenie Razmernosti [Applied Statistics. Classification and Dimension Lowering]. Moscow, Finansy i Statistika Publ., 1989. 607 p. (In Russian).Волков Е.А. Численные методы. М.: Физмат-лит, 1987. 367 с.Berkova M.D., Belov A.V., Eroshenko E.A., Yanke V.G. Temperature effect of the muon component of the cosmic ray. Proc. 21st ECRS. Kosice, Slovakia, 9-12 September 2008, 2008, p. 123-126.Горлач Б.А. Математика. М: Наука, 2006. 911 с.Dayal B.S., McGregor J.F. Improved PLS Algorithms. J. Chemometrics, 1997, vol. 11, pp. 73-65.Дворников В.М., Дорман Л.И., Лузов А.А. и др. Анализ вариаций космических лучей магнитосферного и межпланетного происхождения по данным спектрографа // Изв. АН СССР. Сер. физ. 1972. Т. 36, № 11. С. 2427-2434.de Jong S., Ter Braak C. Comments on the PLS kernel algorithm. J. Chemometrics, 1994, vol. 8, pp. 169-174.Дворников В.М., Сдобнов В.Е., Кравцова М.В. Модуляция космических лучей регу-лярными электромагнитными полями гелио-сферы в период солнечных протонных событий // Изв. РАН. Сер. физ. 2005. Т. 69, № 6. С. 821-824.Dmitrieva A.N., Kokoulin R.P., Petruhin A.A., Timashov D.A. Temperature coefficients for muons under different zenith angles. Izvestiya RAN. Ser. Fizicheskaya [Bull. of the Russian Academy of Sciences: Physics]. 2009, vol. 73, no. 3, pp. 371-374. (In Russian).Дмитриева А.Н., Кокоулин Р.П., Петрухин А.А., Тимашов Д.А. Температурные коэффициенты для мюонов под различными зенит-ными углами // Известия РАН. Серия физическая. 2009. Т. 73, № 3. С. 371-374.Dorman L.I. Variatsii kosmicheskikh luchei [Cosmic Ray Variations]. Moscow, Gostekhizdat Publ., 1957. 285 p. (In Russian).Дорман Л.И. Вариации космических лучей. М.: Гостехиздат, 1957. 285 с.Dorman L.I. Meteorologicheskie effekty kosmicheskikh luchei [Meteorological Effects of Cosmic Rays]. Moscow, Nauka Publ., 1972. 211 p. (In Russian).Дорман Л.И. Метеорологические эффекты космических лучей. М.: Наука, 1972. 211 с.Dorman L.I. Experimentalnye i teoreticheskie osnovy astrofiziki kosmicheskikh luchei [Experimental and Theoretical Foundations of Astrophysics of Cosmic Rays]. Moscow, Nauka Publ., 1975. 462 p. (In Russian).Дорман Л.И. Экспериментальные и теоретические основы астрофизики космических лучей. М.: Наука, 1975. 462 с.Dorman L. I., Yanke V.G. On the theory of meteorological effects of cosmic rays. Izvestiya AN SSSR. Ser. Fizicheskaya [Bull. of the Russian Academy of Sciences: Physics]. 1971, vol. 35, no. 12, pp. 2556-2570. (In Russian).Дорман Л.И., Янке В.Г. К теории метеорологических эффектов космических лучей // Изв. АН СССР. Сер. физ. 1971. Т. 35, № 12. С. 2556-2570.Draper N. R., Smith H. Applied Regression Analysis. 3rd Edition by John Wiley & Sons Inc. 1998, 736 p.Дрейпер Н., Смит Г. Прикладной регрессионный анализ. Множественная регрессия. 3-е изд. М.: Диалектика, 2007. 912 с.Dvornikov V.M., Dorman L.I., Luzov A.A., Sergeev A.V., Yanchukovsky A.L. Analysis of cosmic ray variations of magnetospheric and in-terplanetary origin from the spectrograph data. Izvestiya AN SSSR. Ser. Fizicheskaya [Bull. of the Russian Academy of Sciences: Physics]. 1972, vol. 36, no. 11, pp. 2427-2434. (In Rus-sian).Енюков И.С. Факторный, дискриминантный и кластерный анализ. М.: Финансы и статистика, 1989. 215 с.Dvornikov V.M., Sdobnov V.E., Kravtsova M.V. Cosmic ray modulation by regular elec-tromagnetic fields in the heliosphere during solar proton events. Izvestiya RAN. Ser. Fizicheskaya [Bull. of the Russian Academy of Sciences. Physics]. 2005, vol. 69, no. 6, pp. 821-824.Ильин В.А., Позняк Э.Г. Линейная алгебра: Учебник для вузов. 6-е изд. М.: Физматлит, 2004. 280 с.Enyukov I.S. Faktornyi, diskriminantnyi i klasternyi analiz [Factorial, Discriminant, and Cluster Analysis]. Moscow, Finansy i Statistika Publ., 1989. 215 p. (In Russian).Кичигин Г.Н., Кравцова М.В., Сдобнов В.Е. Параметры токовых систем в магнитосфере по данным наблюдений космических лучей в период магнитной бури в июне 2015 г. // Солнечно-земная физика. Т. 3, № 3. С. 15-19. DOI: 10.12737/szf-33201702.Esbensen K. Analiz mnogomernykh dannykh. Iz-brannye glavy [Analysis of Multidimensional Data. Selected Chapters / Trans. From English. S.V. Kucheryavsky / Ed. O.E. Rodionova] Cher-nogolovka, IPCP RAN Publ., 2005. 160 p. (In Russian).Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров. М.: Наука, 1984. 831 с.Ferster E., Rents B. Metody correlations and regression analysis. Moscow, Finansy i Statistika Publ., 1981. 302 p. (In Russian).Кузьменко В.С., Янчуковский В.Л. Определение плотности температурных коэффициентов для мюонов в атмосфере // Солнечно-земная физика. 2015. Т. 1, № 2. С. 91- 96. DOI: 10.12737/10403.Gorlach B.A. Matematika [Mathematics]. Moscow, Nauka Publ., 2006. 911 p. (In Russian).Кузьменко В.С., Янчуковский В.Л. Распределение плотности температурных коэффициентов для мюонов в атмосфере // Сол-нечно-земная физика. 2017. Т. 3, № 4. С. 104-116. DOI: 10.12737/szf-34201710.Ilyin V.A., Poznyak E.G. Lineynaya algebra: Uchebnik dlya vuzov [Linear Algebra: A Text-book for High Schools. 6th ed.]. Moscow, Fiz-matlit Publ., 2004. 280 p. (In Russian).Померанцев А.Л. Хемометрика в Excel: учебное пособие. Томск: Из-во ТПУ, 2014. 435 с.Kichigin G.N., Kravtsova M.V., Sdobnov V.E. Parameters of current systems in the magnetosphere as a result of observations of cosmic rays during the June 2015 magnetic storm. Solar-Terr. Phys. 2017, vol. 3, no. 3, pp. 13-17. DOI: 10.12737 / stp-33201702.Фёрстер Э., Рёнц Б. Методы корреляционного и регрессионного анализа. М.: Финансы и статистика, 1981. 302 с.Korn G., Korn T. Spravochnik po matematike dlya nauchnykh rabotnikov i inzhenerov [A Handbook on Mathematics for Scientists and Engineers]. Moscow, Nauka Publ., 1984. 831 p. (In Russian).Эсбенсен К. Анализ многомерных данных. Избранные главы. Черноголовка: Изд-во ИПХФ РАН, 2005. 160 с.Kuzmenko V.S., Yanchukovsky V.L. Determi-nation of density of temperature meters Earth's atmosphere muons. Solar-Terr. Phys. 2015, vol. 1, iss. 2, pp. 91-96. (In Russian). DOI: 10.12737 / 10403.Янчуковский В.Л., Григорьев В.Г., Крымский Г.Ф. и др. Приемные векторы мюонного теле-скопа станции космических лучей «Новоси-бирск» // Солнечно-земная физика. 2016. Т. 2, № 1. С. 76-87. DOI: 10.12737/16762.Kuzmenko V.S., Yanchukovsky V.L. Distribution of temperature. Solar-Terr. Phys. 2017, vol. 3, iss. 4, pp. 93-102.Berkova M.D., Belov A.V., Eroshenko E.A., Yanke V.G. Temperature effect of the muon component of cosmic ray and practical possibilities of its accounting // Proc. 21st ECRS. Kosice, Slovakia, 9-12 September 2008. 2008. P. 123-126.Lindgren F., Geladi P., Wold S. The kernel algorithm for PLS. J. Chemometrics. 1993, vol. 7, pp. 45-59.Dayal, B.S., McGregor J.F. Improved PLS Al-gorithms // J. Chemometrics. 1997. V. 11. P. 73-65.Martens H., Naes T. Multivariate Calibration. Chichester, UK: John Wiley and Sons, 1991.de Jong S., Ter Braak C. Comments on the PLS kernel algorithm // J. Chemometrics. 1994. V. 8. P. 169-174.Pomerantsev A.L. Khemometrika v Excel: Uchebnoe posobie [Chemometrics in Excel: Tu-torial]. Tomsk, TPU Publ., 2014. 435 p. (In Rus-sian).Lindgren F., Geladi P., Wold S. The kernel algorithm for PLS // J. Chemometrics. 1993. V. 7. P. 45-59.Rannar S., Lindgren F., Geladi P., Wold S. A PLS kernel algorithm for data sets with many variables and fewer objects. Pt. 1: Theory and Algorithm. J. Chemometrics. 1994, vol. 8, pp. 111-125.Martens H., Naes T. Multivariate Calibration. Chichester, UK: John Wiley and Sons, 1991.Volkov E.A. Chislennye metody [Numerical Methods]. Moscow, Fizmatlit Publ., 2003. 367 p. (In Russian).Rannar S., Lindgren F., Geladi P., Wold S. A PLS kernel algorithm for data sets with many variables and fewer objects. Pt. 1: Theory and algorithm // J. Chemometrics. 1994. V. 8. P. 111-125.Yanchukovsky V.L., Grigoryev V.G., Krymsky G.F., Kuz’menko V.S., Molchanov A.D. Re-ceiving vectors of muon telescope of cosmic ray station Novosibirsk. Solar-Terr. Phys. 2016, vol. 2, iss. 1, pp. 103-119. DOI: 10.12737/19883.Yanchukovsky V.L., Kuz’menko V.S., Antsyz E.N. Results of cosmic ray monitoring with a multichannel complex // Geomagnetism and Aeronomy. 2011. V. 51, N 7. P. 893-896.Yanchukovsky V.L., Kuzmenko V.S., Antsyz E.N. Results of cosmic ray monitoring with a multichannel complex. Geomagnetism and Aero-nomy. 2011, vol. 51, no. 7, pp. 893-896.URL: http://cosm-rays.ipgg.sbras.ru (дата обращения 23 ноября 2017 г.).URL: http://cosm-rays.ipgg.sbras.ru (accessed November 23, 2017).URL: https://ruc.noaa.gov/raobs (дата обращения 17 февраля 2017 г.).URL: https://ruc.noaa.gov/raobs (accessed Feb-ruary 17, 2017).URL: http://www.camo.com/rt/Products/Unscrambler/uns-crambler.html (дата обращения 17 февраля 2017 г.).URL: http://www.camo.com/rt/Products/Unscrambler/uns-crambler.html (accessed February 17, 2017).