Solnechno-Zemnaya Fizika Solnechno-Zemnaya Fizika Солнечно-земная физика 2712-9640 57385 10.12737/szf-92202311 ВОСЕМНАДЦАТАЯ ЕЖЕГОДНАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ «ФИЗИКА ПЛАЗМЫ В СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЕ», 6–10 ФЕВРАЛЯ 2023 г., ИНСТИТУТ КОСМИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ РАН, МОСКВА, РОССИЯ 18TH ANNUAL CONFERENCE “PLASMA PHYSICS IN THE SOLAR SYSTEM”. FEBRUARY 6–10, 2023, SPACE RESEARCH INSTITUTE RAS, MOSCOW, RUSSIA ВОСЕМНАДЦАТАЯ ЕЖЕГОДНАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ «ФИЗИКА ПЛАЗМЫ В СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЕ», 6–10 ФЕВРАЛЯ 2023 г., ИНСТИТУТ КОСМИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ РАН, МОСКВА, РОССИЯ Peculiarities of medium parameter dynamics and cosmic ray density in strong Forbush decreases associated with magnetic clouds Особенности динамики параметров среды и плотности космических лучей в сильных форбуш-понижениях, связанных с магнитными облаками https://orcid.org/0000-0003-0640-4869 Петухова Анастасия Станиславовна Petukhova Anastasia Stanislavovna petukhova@ikfia.ysn.ru https://orcid.org/0000-0001-5692-6193 Петухов Иван Станиславович Petuhov Ivan Stanislavovich i_van@ikfia.ysn.ru

кандидат физико-математических наук;

candidate of physical and mathematical sciences;

 https://orcid.org/0000-0002-8656-774X Петухов Станислав Иванович Petukhov Stanislav Ivanovich Готовцев Илья Сергеевич Gotovtsev Ilya Sergeevich i_gotovtsev@mail.ru Институт космофизических исследований и аэрономии им. Ю.Г. Шафера СО РАН Якутск Россия Yu.G. Shafer Institute of Cosmophysical Research and Aeronomy SB RAS Yakutsk Russian Federation Институт космофизических исследований и аэрономии им. Ю.Г. Шафера СО РАН Якутск Россия Yu.G. Shafer Institute of Cosmophysical Research and Aeronomy SB RAS Yakutsk Russian Federation Институт космофизических исследований и аэрономии им. Ю.Г. Шафера СО РАН Якутск Россия Yu.G. Shafer Institute of Cosmophysical Research and Aeronomy SB RAS Yakutsk Russian Federation Институт космофизических исследований и аэрономии им. Ю.Г. Шафера СО РАН Якутск Россия Yu.G. Shafer Institute of Cosmophysical Research and Aeronomy SB RAS Yakutsk Russian Federation 29 06 2023 29 06 2023 9 2 94 100 28 02 2023 02 05 2023 https://naukaru.ru/en/nauka/article/57385/view

Диффузионный и электромагнитный механизмы определяют формирование спорадических форбуш-понижений (ФП). Диффузионный механизм влияет на амплитуду ФП (Aфᴨ) в турбулентном слое и части коронального выброса массы (КВМ), предшествующей магнитному облаку, и его эффективность зависит от уровня турбулентности магнитного поля. Электромагнитный механизм работает в магнитном облаке, и его эффективность зависит от напряженности регулярных магнитных и электрических полей. Мы анализируем параметры солнечного ветра и характеристики космических лучей, применяя метод наложенных эпох. В 1996–2006 гг. было зарегистрировано 23 сильных ФП (Aфп>5 %). Средняя амплитуда 7 % в равной степени формируется обоими механизмами. События можно разделить на две группы в зависимости от вклада механизмов в амплитуду ФП. Группа 1 включает самые сильные ФП (Aфп1=8.5 %), образованные как диффузионным, так и электромагнитным механизмами: диффузионный механизм отвечает за 0.26Aфп1, а электромагнитный — за 0.74Aфп1. В группе 2 амплитуда Aфп2 составляет 5.7 %, причем диффузионный механизм формирует 0.79Aфп2, а электромагнитный — 0.21Aфп2. Пространственные распределения средних значений параметров среды в области возмущений в группах 1 и 2 различаются. Это различие может быть объяснено тем фактом, что ФП в группах 1 и 2 формируются в центральной и периферийной частях КВМ соответственно.

Diffusion and electromagnetic mechanisms determine the formation of sporadic Forbush decreases. The diffusion mechanism affects the Forbush decrease amplitude in the turbulent layer, and the part of the coronal mass ejection preceding the magnetic cloud, and its efficiency depends on the level of magnetic field turbulence. The electromagnetic mechanism works in a magnetic cloud, and its efficiency depends on the intensity of regular magnetic and electric fields. We analyze solar wind parameters and cosmic ray density, using the superposed epoch analysis. In 1996–2006, 23 strong Forbush decreases (amplitude >5 %) were detected. The average amplitude of 7 % is equally formed by both mechanisms. The events can be divided into 2 groups depending on the contribution of the mechanisms to Forbush decrease amplitude. Group 1 includes the strongest Forbush decreases (amplitude=8.5 %), formed by both diffusion and electromagnetic mechanisms. The diffusion mechanism forms 0.26 amplitude, and the electromagnetic mechanism is responsible for 0.74 one. In group 2, the averege amplitude Forbush decrease =5.7 %, the diffusion mechanism forms 0.79 of amplitude; and the electromagnetic one, 0.21. The spatial distributions of the mean values of the medium parameters in the region of disturbances in the groups differ. This difference can be explained by the fact that Forbush decrease amplitude in groups 1 and 2 are formed in the central and peripheral parts of coronal mass ejection respectively.

 космические лучи выброс корональной массы форбуш-понижение солнечный ветер межпланетное магнитное поле ударная волна магнитное облако cosmic rays coronal mass ejection Forbush decrease solar wind interplanetary magnetic field shock magnetic cloud Работа проводится при поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации (проект FWRS-2021-0012) The work was financially supported by the Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation (Project FWRS-2021-0012)

Крымский Г.Ф., Транский И.А., Елшин В.К. Поршневые ударные волны в межпланетной среде и форбуш-эффекты. Геомагнетизм и аэрономия. 1974. Т. 14, № 3. С. 407-410. Abunin A., Abunina M., Belov A., Eroshenko E., Oleneva V., Yanke V., Mavromichalaki H., Papaioannou A. The impact of magnetic clouds on the density and the first harmonic of the cosmic ray anisotropy. ICRC. 2013, vol. 33, 1618. Петухова А.С., Петухов С.И. Тороидальные модели магнитного поля с винтовой структурой. Солнечно-земная физика. 2019. Т. 5, № 2. С. 74-81. DOI: 10.12737/szf-52201910. Badruddin B., Venkatesan D., Zhu B.Y. Study and effect of magnetic clouds on the transient modulation of cosmic-ray intensity. Solar Phys. 1991, vol. 134, no. 1, pp. 203-209. DOI: 10.1007/BF00148748. Abunin A., Abunina M., Belov A., et al. The impact of magnetic clouds on the density and the first harmonic of the cosmic ray anisotropy. ICRC. 2013. Vol. 33. 1618. Belov A.V. Forbush effects and their connection with solar, interplanetary and geomagnetic phenomena. Universal Heliophysical Processes. 2009, vol. 257, pp. 43-450. DOI: 10.1017/S1743921309029676. Badruddin B., Venkatesan D., Zhu B.Y. Study and effect of magnetic clouds on the transient modulation of cosmic-ray intensity. Solar Phys. 1991. Vol. 134, no. 1. P. 203-209. DOI: 10.1007/BF00148748. Belov A., Abunin A., Abunina M., Eroshenko E., Oleneva V., Yanke V., Papaioannou A., Mavromichalaki H., Gopalswamy N., Yashiro S. Coronal mass ejections and non-recurrent Forbush decreases. Solar Phys. 2014, vol. 289, no. 10, pp. 394-3960. DOI: 10.1007/s11207-014-0534-6. Belov A.V. Forbush effects and their connection with solar, interplanetary and geomagnetic phenomena. Universal Heliophysical Processes. 2009. Vol. 4. P. 439-450. DOI: 10.1017/S1743921309029676. Belov A., Abunin A., Abunina M., Eroshenko E., Oleneva V., Yanke V., Papaioannou A., Mavromichalaki H. Galactic cosmic ray density variations in magnetic clouds. Solar Phys. 2015, vol. 290, no. 5, pp. 1429-1444. DOI: 10.1007/s11207-015-0678-z. Belov A., Abunin A., Abunina M., et al. Coronal Mass Ejections and Non-recurrent Forbush Decreases. Solar Phys. 2014. Vol. 289, no. 10. P. 3949-3960. DOI: 10.1007/s11207-014-0534-6. Belov A., Eroshenko E., Yanke V., Oleneva V., Abunin A., Abunina M., Papaioannou A., Mavromichalaki H. The Global Survey Method applied to ground-level cosmic ray measurements. Solar Phys. 2018, vol. 293, no. 4, 68. DOI: 10.1007/s11207-018-1277-6. Belov A., Abunin A., Abunina M., et al. galactic cosmic ray density variations in magnetic clouds. Solar Phys. 2015. Vol. 290, no. 5. P. 1429-1444. DOI: 10.1007/s11207-015-0678-z. Benella S., Laurenza M., Vainio R., Grimani C., Consolini G., Hu Q., Afanasiev A. A New method to model magnetic cloud-driven Forbush decreases: The 2016 August 2 event. Astrophys. J. 2020, vol. 901, no. 1, 21. DOI: 10.3847/1538-4357/abac59. Belov A., Eroshenko E., Yanke V., et al. The Global Survey Method applied to ground-level cosmic ray measurements. Solar Phys. 2018. Vol. 293, no. 4. 68. DOI: 10.1007/s11207-018-1277-6. Bothmer V., Schwenn R. The structure and origin of magnetic clouds in the solar wind. Ann. Geophys. 1998, vol. 16, no. 1, pp. 1-24. DOI: 10.1007/s00585-997-0001-x. Benella S., Laurenza M., Vainio R., et al. A new method to model magnetic cloud-driven Forbush decreases: The 2016 August 2 event. Astrophys. J. 2020. Vol. 901, no. 1. 21. DOI: 10.3847/1538-4357/abac59. Cane H.V., Richardson I.G., Wibberenz G. The response of energetic particles to the presence of ejecta material. International Cosmic Ray Conference. 1995, vol. 4, p. 377. Bothmer V., Schwenn R. The structure and origin of magnetic clouds in the solar wind. Ann. Geophys. 1998. Vol. 16, no. 1. P. 1-24. DOI: 10.1007/s00585-997-0001-x. Forbush S.E. On the effects in cosmic-ray intensity observed during the recent magnetic storm. Physical Review. 1937, vol. 51, no. 12, pp. 1108-1109. DOI: 10.1103/PhysRev. 51.1108.3. Cane H.V., Richardson I.G., Wibberenz G. The response of energetic particles to the presence of ejecta material. International Cosmic Ray Conference. 1995. Vol. 4. P. 377. Hess V. F., Demmelmair A. World-wide effect in cosmic ray intensity, as observed during a recent magnetic storm. Nature. 1937, vol. 140, no. 3538, pp. 316-317. DOI: 10.1038/ 140316a0. Forbush S.E. On the effects in cosmic-ray intensity observed during the recent magnetic storm. Physical Review. 1937. Vol. 51, no. 12. P. 1108-1109. DOI: 10.1103/PhysRev. 51.1108.3. Kadokura A., Nishida A. Two-dimensional numerical modeling of the cosmic ray storm. J. Geophys. Res. 1986, vol. 91, no. A1, pp. 13-30. DOI: 10.1029/JA091iA01p00013. Hess V.F., Demmelmair A. World-wide effect in cosmic ray intensity, as observed during a recent magnetic storm. Nature. 1937. Vol. 140, no. 3538. P. 316-317. DOI: 10.1038/ 140316a0. Kilpua E., Koskinen H.E.J., Pulkkinen T.I. Coronal mass ejections and their sheath regions in interplanetary space. Living Reviews in Solar Physics. 2017, vol. 14, no. 1, 5. DOI: 10.1007/s41116-017-0009-6. Kadokura A., Nishida A. Two-dimensional numerical modeling of the cosmic ray storm. J. Geophys. Res. 1986. Vol. 91, no. A1. P. 13-30. DOI: 10.1029/JA091iA01p00013. Krittinatham W., Ruffolo D. Drift orbits of energetic particles in an interplanetary magnetic flux rope. Astrophys. J. 2009, vol. 704, no. 1, pp. 831-841. DOI: 10.1088/0004-637X/704/1/831. Kilpua E., Koskinen H E.J., Pulkkinen T.I. Coronal mass ejections and their sheath regions in interplanetary space. Living Reviews in Solar Physics. 2017. Vol. 14, no. 1. 5. DOI: 10.1007/s41116-017-0009-6. Krymskii G.F., Transkii I.A., Elshin E.K. Piston shock waves in the interplanetary medium and Forbush effects. Geomagnetizm i Aeronomiya [Geomagnetism and Aeronomy]. 1974, vol. 14, no. 3, pp. 407-410. (In Russian). Krittinatham W., Ruffolo D. Drift orbits of energetic particles in an interplanetary magnetic flux rope. Astrophys. J. 2009. Vol. 704, no. 1. P. 831-841. DOI: 10.1088/0004-637X/704/1/831. Laitinen T., Dalla S. Cosmic ray access from external field lines to an ICME fluxrope. 43rd COSPAR Scientific Assembly. Held 28 January - 4 February. 2021, vol. 43, 866. Laitinen T., Dalla S. Cosmic ray access from external field lines to an ICME fluxrope. 43rd COSPAR Scientific Assembly. Held 28 January - 4 February. 2021. Vol. 43, 866. Lockwood J.A., Webber W.R., Debrunner H. Forbush decreases and interplanetary magnetic field disturbances: Association with magnetic clouds. J. Geophys. Res. 1991, vol. 96, no. A7, pp. 11587-11604. DOI: 10.1029/91JA01012. Lockwood J.A., Webber W.R., Debrunner H. Forbush decreases and interplanetary magnetic field disturbances: Association with magnetic clouds. J. Geophys. Res. 1991. Vol. 96, no. A7. P. 11587-11604. DOI: 10.1029/91JA01012. Luo X., Potgieter M.S., Zhang M., Feng X. A numerical study of Forbush decreases with a 3D cosmic-ray modulation model based on an SDE approach. Astrophys. J. 2017, vol. 839, no. 1, 53. DOI: 10.3847/1538-4357/aa6974. Luo X., Potgieter M.S., Zhang M., Feng X. A numerical study of Forbush decreases with a 3D cosmic-ray modulation model based on an SDE approach. Astrophys. J. 2017. Vol. 839, no. 1. 53. DOI: 10.3847/1538-4357/aa6974. Owens M.J. Do the legs of magnetic clouds contain twisted flux-rope magnetic fields? Astrophys. J. 2016, vol. 818, no. 2, rr. 1-5. DOI: 10.3847/0004-637X/818/2/197. Owens M.J. Do the legs of magnetic clouds contain twisted flux-rope magnetic fields? Astrophys. J. 2016. Vol. 818, no. 2, Р. 1-5. DOI: 10.3847/0004-637X/818/2/197. Petukhova A., Petukhov S. Toroidal models of magnetic field with twisted structure. Solar-Terr. Phys. 2019, vol. 5, no. 2. pp. 69-75. DOI: 10.12737/stp-52201910. Owens M.J. Do the legs of magnetic clouds contain twisted flux-rope magnetic fields? Astrophys. J. 2016. Vol. 818, no. 2, Р. 1-5. DOI: 10.3847/0004-637X/818/2/197. Petukhova A.S., Petukhov I.S., Petukhov S.I. Theory of the formation of Forbush decrease in a magnetic cloud: Dependence of Forbush decrease characteristics on magnetic cloud parameters. Astrophys. J. 2019, vol. 880, no. 1, p. 17. DOI: 10.3847/1538-4357/ab2889. Owens M.J. Do the legs of magnetic clouds contain twisted flux-rope magnetic fields? Astrophys. J. 2016. Vol. 818, no. 2, Р. 1-5. DOI: 10.3847/0004-637X/818/2/197. Petukhova A.S., Petukhov I.S., Petukhov S.I. Forbush decrease characteristics in a magnetic cloud. Space Weather. 2020, vol. 18, no. 12, e02616. DOI: 10.1029/2020SW002616. Reames D.V., Kahler S.W., Tylka A.J. Anomalous cosmic rays as probes of magnetic clouds. Astrophys. J. 2009. Vol. 700, no. 2. P. L196-L199. DOI: 10.1088/0004-637X/700/2/L196. Reames D.V., Kahler S.W., Tylka A.J. Anomalous cosmic rays as probes of magnetic clouds. Astrophys. J. 2009, vol. 700, no. 2, pp. L196-L199. DOI: 10.1088/0004-637X/700/2/L196. Richardson I.G., Cane H.V. Galactic cosmic ray intensity response to interplanetary coronal mass ejections/magnetic clouds in 1995-2009. Solar Phys. 2011. Vol. 270, no. 2. P. 609-627. DOI: 10.1007/s11207-011-9774-x. Richardson I.G., Cane H.V. Galactic cosmic ray intensity response to interplanetary coronal mass ejections/magnetic clouds in 1995-2009. Solar Phys. 2011, vol. 270, no. 2, pp. 609-627. DOI: 10.1007/s11207-011-9774-x. Tortermpun U., Ruffolo D., Bieber J.W. Galactic cosmic-ray anistropy during the Forbush decrease starting 2013 April 13. Astrophys. J. 2018. Vol. 852, no. 2. L26. DOI: 10.3847/2041-8213/aaa407. Tortermpun U., Ruffolo D., Bieber J.W. Galactic cosmic-ray anistropy during the Forbush decrease starting 2013 April 13. Astrophys. J. 2018, vol. 852, no. 2, L26. DOI: 10.3847/2041-8213/aaa407. URL: https://omniweb.gsfc.nasa.gov/form/dx1.html (дата обращения 1 марта 2023 г.). URL: https://omniweb.gsfc.nasa.gov/form/dx1.html (accessed March 1, 2023). URL: http://spaceweather.izmiran.ru/eng/dbs.html (дата обращения 1 марта 2023 г.). URL: http://spaceweather.izmiran.ru/eng/dbs.html (accessed March 1, 2023). URL: http://www.srl.caltech.edu/ACE/ASC/DATA/level3/icmetable2.htm (дата обращения 1 марта 2023 г.). URL: http://www.srl.caltech.edu/ACE/ASC/DATA/level3/icmetable2.htm (accessed March 1, 2023). URL: https://www.nmdb.eu (дата обращения 1 марта 2023 г.). URL: https://www.nmdb.eu (accessed March 1, 2023).