太阳中子能谱的计算及在阳活动对宇宙线的调制作用
本论文研究包括两方面内容:1)应用蒙特卡罗模拟计算太阳耀斑环产生的中子能谱；2)对宇宙线福布什下降的个例事件进行分析,研究太阳活动对宇宙线的调制作用。
太阳中子携带着日面爆发源区的物理信息:耀斑大气的元素组成、大气高度、磁场的会聚程度以及磁流体湍动等。相对于其它带电粒子,中子能够不受太阳磁场和行星际磁场的束缚直达地面。研究太阳中子,对于理解太阳活动的核作用过程,耀斑区质子及离子高能段的加速机制、加速能谱及其时空演化,都是有益的补充。
通过对太阳耀斑环产生中子的模拟计算,在耀斑环模型中引入加速参量和物理参量,研究某一特定的加速参量或物理参量(幂律谱指数s、太阳大气中α与p的丰度之比、加速离子的角分布、耀斑的环长L、磁场会聚的程度δ、抛射角散射程度λ)对耀斑环产生的中子能谱Qn(E)、逃逸中子能谱、中子产额Qn、中子产生随时间的变化Qn(t)、中子产生随太阳大气深度变化Qn(h)的影响,并给出相应的合理解释。为了与地面中子监测器的观测结果进行比较,考虑了太阳中子在通过地球大气期间的衰减过程,得到CLMX中子监测器所在位置处太阳中子的衰减因子,并反推在地球大气顶部的中子个数,该结果与Debrunner等人由观测法计算得到的地球大气顶部的中子个数(1993,ApJ)进行了比较,分析了存在差异的因为。
对非周期性银河宇宙线强度变化(福布什下降)的研究,在探究日地空间环境的的联系、理解行星际空间事件(CMEs、ICMEs/磁云)如何影响行星际磁场,以及合理的解释源于行星际的大尺度扰动在磁层和地球大气中的现象,均有重要作用。
本文在对宇宙线福布什下降个例事件(2004年11月期间)的分析中,依据ACE卫星和WIND卫星太阳风等离子体的观测数据,甄别出6个激波和2个磁云的行星际结构,综合地基47个中子监测器的计数率,分析得到了该事件期间行星际激波、磁云、Dst指数最小值所在时刻和宇宙线强度突变点所在时刻的时间序列,得出宇宙线强度变化的突变点时刻提前于第一个磁云到达地球3个小时,提前于Dst指数最小值所在时刻11个小时,这可能会成为空间天气预报中有价值的输入信息之一。与Su等人(2008,JGR)对宇宙线福布什下降各相的粗略分类相比,我们根据.Haar小波分解方法确定宇宙线计数率的突变位置,给出福布什下降的初相、主相和恢复相更为明确的定义。根据全球中子监测网内47个台站的数据(含羊八井中子监测器和北京中子堆),确定该福布什下降事件为全球同时事件,判断引起该地磁暴的行星际扰动偏向地球的南部运动。分析结果表明,位于激波与磁云之间的鞘区中加强的湍动磁场,导致宇宙线粒子的散射,并产生随后的Forbush下降,这被认为是产生宇宙线强度瞬变的最有效机制。该结论与Badruddin等人的分析结果相一致。
- 作者：
- 于晓霞
- 学位授予单位：
- 中国科学院研究生院
- 专业名称：
- 粒子物理与原子核物理
- 授予学位：
- 博士
- 学位年度：
- 2010年
- 导师姓名：
- 卢红
- 中图分类号：
- P182.52
- 关键词：
- 太阳中子；磁场；宇宙线；小波分解
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