Solar-Terrestrial Physics Solar-Terrestrial Physics Солнечно-земная физика / Solnechno-Zemnaya Fizika / Solar-Terrestrial Physics 2712-9640 95939 10.12737/szf-113202506 ДВАДЦАТАЯ ЕЖЕГОДНАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ «ФИЗИКА ПЛАЗМЫ В СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЕ», 10–14 ФЕВРАЛЯ 2025 Г., ИНСТИТУТ КОСМИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ РАН, МОСКВА, РОССИЯ 20TH ANNUAL CONFERENCE “PLASMA PHYSICS IN THE SOLAR SYSTEM”. FEBRUARY 10–14, 2025, SPACE RESEARCH INSTITUTE RAS, MOSCOW, RUSSIA ДВАДЦАТАЯ ЕЖЕГОДНАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ «ФИЗИКА ПЛАЗМЫ В СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЕ», 10–14 ФЕВРАЛЯ 2025 Г., ИНСТИТУТ КОСМИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ РАН, МОСКВА, РОССИЯ Studying dynamics of energy spectrum of solar diurnal variations in cosmic rays during solar activity cycles 20–25, using method of crossed muon telescopes Исследование динамики энергетического спектра солнечно-суточных вариаций космических лучей в 20–25 циклах солнечной активности методом скрещенных мюонных телескопов https://orcid.org/0000-0003-2184-8089 Гололобов Петр Юрьевич Gololobov Peter Yur'evich gpeter@ikfia.sbras.ru https://orcid.org/0000-0002-1348-4708 Григорьев Владислав Георгиевич Grigoryev Vladislav Georgievich grig@ikfia.ysn.ru

кандидат физико-математических наук;

candidate of physical and mathematical sciences;

 https://orcid.org/0000-0003-1247-4513 Герасимова Сардаана Кимовна Gerasimova Sardaana Kimovna danagsk@mail.ru

кандидат физико-математических наук;

candidate of physical and mathematical sciences;

 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 22 09 2025 22 09 2025 11 3 50 55 10 03 2025 27 05 2025 https://naukaru.ru/en/nauka/article/95939/view

Регистрируемая наземными детекторами интенсивность космических лучей (КЛ) испытывает солнечно-суточные вариации (ССВ), связанные с существованием в околоземном космическом пространстве анизотропного углового распределения КЛ. Долговременные наблюдения показывают, что ССВ обнаруживают зависимость от цикла солнечной активности, испытывая периодические 11- и 22-летние вариации. Такое поведение ССВ связано с изменением характера распространения галактических КЛ в гелиосфере при изменениях ее состояния в цикле солнечной активности. С другой стороны, указанное явление может быть частично обусловлено изменением величины сноса КЛ геомагнитным полем, связанное с изменениями энергетического спектра ССВ. Данная работа посвящена изучению динамики энергетического спектра ССВ в циклах солнечной активности. Решение этой задачи представляет определенные сложности, связанные с особенностями наземной регистрации КЛ и чувствительностью детекторов к изменениям состояния окружающей среды. Для этого используется подход, основанный на применении скрещенных мюонных телескопов, позволяющий обойти эти сложности. С этой целью проводится анализ данных измерений мюонных телескопов «Якутск», «Нагоя», «Сао-Мартиньо» и «Хобарт» за 1972–2022 гг. Показано, что в минимумах солнечной активности в периоды положительной полярности общего магнитного поля Солнца наблюдается значительное смягчение спектра ССВ КЛ. Полученные результаты обсуждаются.

The cosmic ray (CR) intensity recorded by ground-based detectors experiences solar diurnal variations (SDVs) associated with the existence of anisotropic angular distribution of CRs in near-Earth space. Long-term observations show that SDVs exhibit a dependence on the solar activity cycle, experiencing periodic 11- and 22-year variations. Such behavior of SDVs is linked to a change in the nature of galactic CR propagation in the heliosphere when it changes during a solar activity cycle. On the other hand, this phenomenon can be partially due to a change in the magnitude of CR drift by the geomagnetic field associated with changes in the SDV energy spectrum. In this work, we determine the dynamics of the SDV energy spectrum in solar activity cycles. The solution to this problem presents certain difficulties associated with peculiarities of ground-based CR recording and with the sensitivity of CR detectors to changes in the state of environment. Therefore, we employ an approach using crossed muon telescopes to estimate it, which allows us to bypass the above difficulties. We analyze data from Yakutsk, Nagoya, Sao Martinho, and Hobart muon telescopes for 1972–2022. It is shown that at solar minima during periods of positive polarity of the Sun's general magnetic field, a significant softening of the spectrum is observed. The results are discussed.

 космические лучи солнечно-суточные вариации энергетический спектр мюонный телескоп. cosmic rays solar diurnal variation energy spectrum muon telescope. Работа выполнена в рамках государственного задания Министерства науки и высшего образования Российской федерации (тема номер FWRS-2021-0012) The work was carried out pursuant to Government assignment of the Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation (Theme No. FWRS-2021-0012)

Беркова М.Д., Григорьев В.Г., Преображенский М.С. и др. Температурный эффект мюонной компоненты, наблюдаемый на Якутском спектрографе космических лучей. Ядерная физика. 2018, т. 81, № 6, с. 673–682. DOI: 10.1134/S0044002718050045. Ahluwalia H.S. A correlation between IMF and the limiting primary rigidity for cosmic ray diurnal anisotropy. Geophys. Res. Lett. 1992, vol. 19, iss. 6, pp. 633–636. DOI: 10.1029/92GL00525. Герасимова С.К., Гололобов П.Ю., Григорьев В.Г. и др. Гелиосферная модуляция космических лучей: модель и наблюдения. Солнечно-земная физика. 2017, т. 3, № 1, с. 63–78. DOI: 10.12737/23548 // Gerasimova S.K., Gololobov P.Yu., Grigoryev V.G., Krivoshapkin P., Krymsky G., Starodubtsev S. Heliospheric modulation of cosmic rays: model and observation. Sol.-Terr. Phys. 2017, vol. 3, iss. 1, pp. 78–102. DOI: 10.12737/article_58f970f2455545.93154609. Ahluwalia H.S., Sabbah I.S. The limiting primary rigidity of cosmic ray diurnal anisotropy. Planet. Space Sci. 1993, vol. 41, iss. 2, pp. 105–112. DOI: 10.1016/0032-0633(93)90038-4. Гололобов П.Ю., Кривошапкин П.А., Крымский Г.Ф., Герасимова С.К. Исследование методом главных компонент влияния геометрии нейтрального токового слоя гелиосферы и солнечной активности на модуляцию галактических космических лучей // Солнечно-земная физика. 2020, т. 6, № 1, с. 30–35. DOI: 10.12737/szf-61202002 // Gololobov P.Yu., Krivoshapkin P.A., Krymsky G.F., Gerasimova S.K. Investigating the influence of geometry of the heliospheric neutral current sheet and solar activity on modulation of galactic cosmic rays with a method of main components. Sol.-Terr. Phys. 2020, vol. 6, iss. 1, pp. 24–28. DOI: 10.12737/stp-61202002. Berkova M.D., Grigoryev V.G., Preobrazhensky M.S., Zverev A.S., Yanke V.G. Temperature effect observed for the muon component in the Yakutsk cosmic-ray spectrograph. Physics of Atomic Nuclei. 2018, vol. 81, no. 6, pp. 742–751. DOI: 10.1134/S1063778818050046. Дорман Л.И. Вариации космических лучей. М.: Гос. изд-во технико-теорет. лит. 1957, 492 с. Chuprova V.P., Gerasimova S.K., Grigoryev V.G., Krivoshapkin P.A., Krymsky G.F., Mamrukova V.P., et al. The brief history of experimental research of cosmic ray variations in Yakutia, Adv. Space Res. 2009, vol. 44, iss. 10., pp. 1200–1206. DOI: 10.1016/j.asr.2008.12.024. Дорман Л.И., Смирнов В.С., Тясто М.И. Космические лучи в магнитном поле Земли. М.: Наука, 1971, 400 с. Dorman L.I. Variatsii kosmicheskikh luchey [Variations of Cosmic Rays]. Moscow: Gosudarstvennoe izdatel’stvo tekhniko-teoreticheskoi literatury (State Publishing House of Technical and Theoretical Literature), 1957, 492 p. (In Russian). Крымский Г.Ф., Кузьмин А.И., Чирков Н.П. и др. Распределение космических лучей и приемные векторы детекторов. I. Геомагнетизм и аэрономия. 1966, т. 6, № 6, с. 991–996. Dorman L.I., Smirnov V.S., Tyasto M.I. Kosmicheskie luchi v magnitnom pole Zemli [Cosmic Rays in the Earth's Magnetic Field]. Moscow: Nauka (Science), 1971, 400 p. (In Russian). Крымский Г.Ф., Кузьмин А.И., Чирков Н.П. и др. Распределение космических лучей и приемные векторы детекторов. II. Геомагнетизм и аэрономия. 1967, т. 7, № 1, с. 11–15. Fujimoto K., Inoue A., Murakami K., Nagashima K. Coupling coefficients of cosmic ray daily variation for meson telescopes. Report of Cosmic-Ray Research Lab. Nagoya University. 1984, no. 9. Скрипин Г.В. Исследование анизотропии космических лучей методом скрещенных телескопов. Дис. … канд. физ.-мат. наук. Якутск, 1965, 184 с. Gerasimova S.K., Gololobov P.Yu., Grigoryev V.G., Krivoshapkin P., Krymsky G., Starodubtsev S. Heliospheric modulation of cosmic rays: model and observation. Sol.-Terr. Phys. 2017, vol. 3, iss. 1, pp. 78–102. DOI: 10.12737/article_58f970f2455545.93154609. Скрипин Г.В., Кривошапкин П.А., Крымский Г.Ф. и др. Изучение анизотропии космических лучей методом скрещенных телескопов. Геомагнетизм и аэрономия. 1965, т. 5, № 5, с. 817–822. Gololobov P.Yu., Krivoshapkin P.A., Krymsky G.F., Gerasimova S.K. Investigating the influence of geometry of the heliospheric neutral current sheet and solar activity on modulation of galactic cosmic rays with a method of main components. Sol.-Terr. Phys. 2020, vol. 6, iss. 1, pp. 24–28. DOI: 10.12737/stp-61202002. Ahluwalia H.S. A correlation between IMF and the limiting primary rigidity for cosmic ray diurnal anisotropy. Geophys. Res. Lett. 1992, vol. 19, iss. 6, pp. 633–636. DOI: 10.1029/92GL00525. Hall D.L., Duldig M.L., Humble J.E. Cosmic-ray modulation parameters derived from the solar diurnal variation. Astrophys. J. 1997, vol. 482, pp. 1038–1049. DOI: 10.1086/304158. Ahluwalia H.S., Sabbah I.S. The limiting primary rigidity of cosmic ray diurnal anisotropy. Planet. Space Sci. 1993, vol. 41, iss. 2, pp. 105–112. DOI: 10.1016/0032-0633(93)90038-4. Kóta J., Munakata K., Yasue S., Kato C., Mori S. The origin of solar diurnal variation of galactic cosmic rays above 100 GV. Proc. 30th ICRC. 2008, vol. 1, pp. 589–592. Chuprova V.P., Gerasimova S.K., Grigoryev V.G., et al. The brief history of experimental research of cosmic ray variations in Yakutia, Adv. Space Res. 2009, vol. 44, iss. 10, pp. 1200–1206. DOI: 10.1016/j.asr.2008.12.024. Krymsky G.F., Kuzmin A.I., Chirkov N.P. Distribution of cosmic rays and detector response vectors. I. Geomagnetizm i aeronomiya [Geomagnetism and Aeronomy]. 1966, vol. 6, iss. 6, pp. 991–996. (In Russian). Fujimoto K., Inoue A., Murakami K., Nagashima K. Coupling coefficients of cosmic ray daily variation for meson telescopes. Report of Cosmic-Ray Research Lab. Nagoya University. 1984, no. 9. Krymsky G.F., Kuzmin A.I., Chirkov N.P., et al. Distribution of cosmic rays and detector response vectors. II. Geomagnetizm i aeronomiya [Geomagnetism and Aeronomy]. 1967, vol. 7, iss. 1, pp. 11–15. (In Russian). Hall D.L., Duldig M.L., Humble J.E. Cosmic-ray modulation parameters derived from the solar diurnal variation. Astrophys. J. 1997, vol. 482, pp. 1038–1049. DOI: 10.1086/304158. Munakata K., Mizoguchi Y., Kato C., Yasue S., Mori S., Takita M., Kóta J. Solar cycle dependence of the diurnal anisotropy of 0.6 TeV cosmic-ray intensity observed with the Matsushiro underground muon detector. Astrophys. J. 2010, vol. 712, pp. 1100–1106. DOI: 10.1088/0004-637X/712/2/1100. Kóta J., Munakata K., Yasue S., et al. The origin of solar diurnal variation of galactic cosmic rays above 100 GV. Proc. 30th ICRC. 2008, vol. 1, pp. 589–592. Nikolashkin S.V., Titov S.V., Gololobov P.Yu. The effect of winter stratospheric warmings on the intensity of the muon component of secondary cosmic rays. Proc. 26th International Symposium on Atmospheric and Ocean Optics. Atmospheric Physics. 2020, vol. 11560. DOI: 10.1117/12.2575697. Munakata K., Mizoguchi Y., Kato C., et al. Solar cycle dependence of the diurnal anisotropy of 0.6 TeV cosmic-ray intensity observed with the Matsushiro underground muon detector. Astrophys. J. 2010, vol. 712, pp. 1100–1106. DOI: 10.1088/0004-637X/712/2/1100. Okazaki Y., Fushishita A., Narumi T., Kato C., Yasue S., Kuwabara T., et al. Drift effects and the cosmic ray density gradient in a solar rotation period: first observation with the Global Muon Detector Network (GMDN). Astrophys. J. 2008, vol. 681, pp. 693–707. DOI: 10.1086/588277. Nikolashkin S.V., Titov S.V., Gololobov P.Yu. The effect of winter stratospheric warmings on the intensity of the muon component of secondary cosmic rays. Proc. 26th International Symposium on Atmospheric and Ocean Optics. Atmospheric Physics. 2020, vol. 11560. DOI: 10.1117/12.2575697. Pomerantz M.A., Duggal S.P. The cosmic ray solar diurnal anisotropy. Space Sci. Rev. 1971, vol. 12, pp. 75–130. DOI: 10.1007/BF00172130. Okazaki Y., Fushishita A., Narumi T., et al. Drift effects and the cosmic ray density gradient in a solar rotation period: first observation with the global muon detector network (GMDN). Astrophys. J. 2008, vol. 681, pp. 693–707. DOI: 10.1086/588277. Rao U.R., McCracken K.G., Venkatesan D. Asymptotic cones of acceptance and their use in the study of the daily variation of cosmic ray radiation. J. Geophys. Res. 1963, vol. 68, iss. 2, pp. 345–369. DOI: 10.1029/JZ068i002p00345. Pomerantz M.A., Duggal S.P. The cosmic ray solar diurnal anisotropy. Space Sci. Rev. 1971, vol. 12, pp. 75–130. DOI: 10.1007/BF00172130. Riker J.F., Ahluwalia H.S., Sabbah I.S. The limiting primary rigidities for the cosmic ray diurnal anisotropy during a solar magnetic cycle. EOS: Trans. Am. Geophys. Union. 1989, vol. 70, 1256. Rao U.R., McCracken K.G., Venkatesan D. Asymptotic cones of acceptance and their use in the study of the daily variation of cosmic ray radiation. J. Geophys. Res. 1963, vol. 68, iss. 2, pp. 345–369. DOI: 10.1029/JZ068i002p00345. Sabbah I. Solar magnetic polarity dependency of the cosmic ray diurnal variation. J. Geophys. Res: Space Phys. 2013, vol. 118, pp. 4739–4747. DOI: 10.1002/jgra.50431. Riker J.F., Ahluwalia H.S., Sabbah I.S. The limiting primary rigidities for the cosmic ray diurnal anisotropy during a solar magnetic cycle. EOS: Trans. Am. Geophys. Union. 1989, vol. 70, 1256. Skripin G.V. Issledovanie anizotropii kosmicheskikh luchey metodom skreshchennykh teleskopov [Study of the anisotropy of cosmic rays using the crossed telescopes method]. Cand. of Phys. and Math. Sci. diss. Yakutsk, 1965, 184 p. (In Russian). Sabbah I. Solar magnetic polarity dependency of the cosmic ray diurnal variation. J. Geophys. Res: Space Phys. 2013, vol. 118, pp. 4739–4747. DOI: 10.1002/jgra.50431. Skripin G.V., Krivoshapkin P.A., Krymsky G.F., Filippov V.A. Study of cosmic ray anisotropy using the crossed telescopes method. Geomagnetizm i aeronomiya [Geomagnetism and Aeronomy]. 1965, vol. 5, iss. 5, pp. 817–822. (In Russian). URL: https://cosray.shinshu-u.ac.jp/crest/DB/Public/main.php (дата обращения 7 марта 2025 г.). URL: https://cosray.shinshu-u.ac.jp/crest/DB/Public/main.php (accessed March 7, 2025). URL: https://ysn.ru/ipm/ (дата обращения 7 марта 2025 г.). URL: https://ysn.ru/ipm/ (accessed March 7, 2025). URL: http://hdl.handle.net/10091/0002001448 (дата обращения 7 марта 2025 г.). URL: http://hdl.handle.net/10091/0002001448 (accessed March 7, 2025).