Презентация на тему: Вариации космических лучей во время гроз

Что представляет собой грозовое облако с точки зрения физики частиц? Газоразрядный счетчик Постоянное электрическое поле Фиксированный объем Поток частиц произвольный

Различные типы разрядов напоминают различные типы детекторов частиц. Космические лучи играют важную роль в этих процессах

Примеры вертикальных профилей электрического поля измеренных на баллонах (Marshall et al., 1996) Примеры вертикальных профилей электрического поля измеренных на баллонах (Marshall et al., 1996)

Каскады частиц генерированные одиночным электроном с энергией 1 МэВ в однородном электрическом поле напряженностью 5 кВ/см

Баксанская установка для изучения ШАЛ Ковер (400 жидкостных сцинтилляторов) Шесть внешних пунктов (108 сцинтилляторов) Мюонный детектор (175 пластических сцинтилляторов под 2 м скального грунта). Порог по энергии 1 ГэВ.

Универсальный инструмент для измерения приземного электростатического поля атмосферы и электрического тока дождя

Амплитудный спектр со слоя сцинтилляторов Два порога используются для разделения мягкой и жесткой компонент: Мягкая компонента регистрируется выносными детекторами между нижним (Al) и верхним (Ah) порогами. Электронов – 20%, позитронов – 10%, -квантов – 50%, примесь мюонов менее 20%. Жесткая компонента измеряется детекторами Ковра (под бетонной крышей толщиной 29 г/см2) выше верхнего порога (около 90% мюонов)

Корреляции интенсивности мягкой компоненты с приземным полем измеренные и рассчитанные (слева). Разница (не объясняемая трансформацией спектра в приземном поле) показана справа

Гроза 31 июля 1999 (Marshall et al., 2005). Распределение заряда.

Мюоны E > 100 МэВ Останавливающиеся мюоны (15 < E < 90 МэВ) Мюоны E > 1 ГэВ

Различные типы ярких событий Предмолниевые возрастания Возрастания без молниевых эффектов Возрастания мягкой компоненты без мюонных эффектов Возрастания мягкой компоненты с мюонными возмущениями разной полярности Коррелирующие с приземным полем Коррелирующие с электрическим током дождя Сопровождающиеся магнитными пульсациями

Коэффициенты аппроксимации полиномами второй степени кривых регрессии интенсивность –поле для разных компонент

Гроза 26 сент. 2001 г.

Два разряда молний разной полярности производящие одинаковый эффект во время грозы 1 августа 2008 г.

Рекордное возрастание мягкой компоненты 11 октября 2003 г. Оценка минимального расстояния до двух молний оказывающих сильное влияние на интенсивность дает 4.4 и 3.1 км. Другие разряды, включая очень близкие, не дают никакого эффекта.

Событие 11 октября 2003 г. до исключения секундных интервалов совпадающими с сигналами шумового канала и не прошедших критерия однородности

Грозы 26 сентября 2000 г. (1т – 40 с) и 6 сентября 2005 г. (1т – 20 с)

События 18 июня 2008 г. (слева, усреднение по 15 с) и 18 июля 2008 г. (справа, усреднение по 30 с)

Событие 11 сентября 2005 г. (усреднение по 10 с)

Предмолниевое возрастание. Событие 3 сен. 2006 г. (1т – 1с)

Грозы 15 октября 2007 г. (усреднение данных по 20 с и 4 с).

Северокавказская геофизическая обсерватория, Лаборатория № 1 Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта Северокавказская геофизическая обсерватория, Лаборатория № 1 Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта

Событие 15 октября 2007 г. Из графика h–компоненты вычтена суточная волна (внизу). Справа данные с наилучшим временным разрешением (1 с).

Событие 15 октября 2007 г.: сложная вариация мюонов повторяет поведение h-компоненты геомагнитного поля (с вычтенной суточной волной) со временем задержки 9 мин

Распределение гроз по числу значимых (более 0.2%) возмущений интенсивности мюонов. Данные 33 гроз в летний сезон 2008 г.

Распределение мюонных вариаций по амплитуде возмущений

Распределение вариаций мюонов по длительности эффективного периода

Два сильных возмущения интенсивности мюонов в один календарный день разделенные 7 годами: 24 сентября 2000 г. и 2007 г. В последнем случае наблюдаются резкие вариации связанные с разрядами молний

Какова ситуация с интерпретацией всего этого набора данных по вариациям космических лучей во время гроз? Регулярные корреляции с приземным полем: Трудно измерить, но относительно легко интерпретировать. Мягкая компонента: Трансформация спектра + гамма-кванты от убегающих электронов Жесткая компонента: Трансформация спектра + эффект распада С яркими событиями ситуация, скорее, противоположная: возможны различные механизмы и места генерации.

Выводы Во время гроз наблюдается большое разнообразие эффектов с вариациями разных компонент космических лучей. Не все механизмы их пока ясны, но экспериментальные данные о них образуют базис для дальнейших исследований и построения адекватных моделей фундаментальных процессов в грозовой атмосфере. Для построения полной картины явления желательно расширять фронт исследований (проводить наблюдения на разных высотах).