Аннотация результатов, полученных в 2020 году
В течение первого года выполнения проекта была сформирована научная группа, более половины состава научной группы составляют студенты очной формы обучения. Научная работа коллектива была сосредоточена на сборе данных с различных спутниковых и наземных экспериментов, их анализе и интерпретации с целью исследования периодических и спорадических вариаций космических лучей различной природы. К концу первого года реализации проекта получены следующие конкретные результаты: 1. По исследованиям, направленным на восстановление и изучение вариаций потоков галактических космических лучей (ГКЛ): - проводился анализ данных эксперимента ПАМЕЛА, с использованием данных времяпролетной системы, магнитного трекера и системы антисовпадений, а также данных моделирования пакетом GEANT, получены предварительные экспериментальные результаты по модуляции потоков гелия в период возрастающей солнечной активности с 2010 по 2012 год, а также по модуляции потоков лития ГКЛ для минимума солнечной активности с 2006 по 2009 год; - проведена идентификация 11 Форбуш-понижений (ФП - резкие кратковременные уменьшения регистрируемой интенсивности ГКЛ, вызванные отклонением частиц галактических космических лучей движущимися корональными выбросами массы (КВМ) в межпланетном пространстве), зарегистрированных с использованием данных магнитного спектрометра ПАМЕЛА; с использованием базы данных OMNI, а также каталога КВМ SOHO LASCO CME CATALOG проведено изучение характеристик корональных выбросов массы, ответственных за зарегистрированные Форбуш-понижения; это позволило из всего набора ФП выделить классические ФП, вызванные одним КВМ с известными характеристиками; изучены энергетические зависимости амплитуды и времени восстановления Форбуш-понижения 16 марта 2012 года, самого сильного, вызванного классическим ФП; 2. По исследованиям, направленным на восстановление и изучений вариаций потоков солнечных энергичных частиц. - рассчитаны жесткости геомагнитного обрезания для нейтронных мониторов (НМ) за период с 1950-х годов по настоящее время; - собрана база данных интегральных потоков солнечных энергичных частиц, зарегистрированных в различных экспериментах - спутниковых, наземных и ионосферных во время регистрации ГЛЕ событий нейтронными мониторами (ГЛЕ события, от англ. GLE – Ground Level Enhancement, - эпизоды регистрации сигнала от солнечных энергичных частиц наземными нейтронными мониторами); - анализ полученной базы данных позволил получить наиболее точные на сегодняшний день интегральные потоки солнечных заряженных частиц в широком диапазоне энергий от 30 МэВ до десяти ГэВ для 58 самых мощных ГЛЕ событий; - проведена аппроксимация интегральных потоков специальной пороговой двойной степенной функцией с двойным экспоненциальным обрезанием. Особенностью этой функции является гладкость как самой функции, так и ее первой производной, что позволяет перевести полученные интегральные потоки в дифференциальные потоки, которые используется в множестве применений (например, при расчете количества рождающихся космогенных изотопов); - для каждого из проанализированных событий оценена неопределенность полученного значения интегрального потока солнечных энергичных частиц; - для события ГЛЕ 71 (17 мая 2012 года) произведено восстановление дифференциальных энергетических потоков и питч-угловых распределений солнечных энергичных частиц как функции от времени. В рамках данной работы использовался продвинутый метод анализа данных нейтронных мониторов, учитывающий анизотропию солнечных энергичных частиц и эволюцию их потоков во времени; - произведено сравнение полученного для ГЛЕ 71 результата в части восстановленного по данным НМ интегрального потока солнечных энергичных частиц с результатами анализа эксперимента ПАМЕЛА, сравнение показало отличное согласие между двумя независимыми методами анализа с использованием различных экспериментальных установок. Результаты работ по проекту была доложены на нескольких российских и международных конференциях (в онлайн-формате). По результатам первого этапа проекта опубликованы 3 статьи, проиндексированные в базах данных WoS и/или Scopus, из них 1 статья представлена в журналах Q1 (принадлежность издания к Q1 определяется по базе данных http://www.scimagojr.com/).

Аннотация результатов, полученных в 2021 году
В рамках проекта ведутся исследования периодических и спорадических вариаций космических лучей на базе данных спутниковых и наземных экспериментов. Результаты научного исследования за отчетный период получены в полном объеме, работа идет в соответствии с планом работ. В частности, по задачам: 1. Восстановление и изучение вариаций потоков галактических космических лучей (ГКЛ). - для Форбуш-понижений (ФП), идентифицированных в данных эксперимента ПАМЕЛА на предыдущем этапе работ, изучены энергетические зависимости амплитуды и времени восстановления ФП. Анализ амплитуд ФП показал, что их максимум приходится на диапазон жесткостей в районе 1 ГВ. В результате исследований времен восстановления было установлено, что ФП могут быть разделены на два типа в зависимости от энергетической зависимости времени восстановления. События первого типа характеризуются явной зависимостью времен восстановления от жесткости частиц космических лучей (КЛ), в то время как события второго типа описываются примерно постоянным временем восстановления для всех диапазонов жесткостей КЛ. Было установлено, что корональные выбросы масс (КВМ), распространяющиеся от Солнца до Земли меньше чем за двое суток, генерируют в окрестности Земли ФП, для которых время восстановления зависит от жёсткости. В то же время ФП, вызванные более медленными КВМ, не демонстрируют такой зависимости времен восстановления от жесткости; - был создан новый метод реконструкции потенциала солнечной модуляции на базе анализа темпов счета 29 наиболее стабильных за последние 70 лет нейтронных мониторов (НМ). В рамках метода минимизируется сумма квадратов разностей между измеренными темпами счета и посчитанными темпами счета для различных значений потенциала солнечной модуляции для каждого НМ, характеризующегося высотой над уровнем моря и жесткостью геомагнитного обрезания, также принимается во внимание существование масштабного коэффициента, который учитывает локальные особенности каждого НМ. Решалась задача двумерной (потенциал солнечной модуляции, масштабный коэффициент) оптимизации четырехмерной матрицы (потенциал солнечной модуляции, масштабный коэффициент, номер нейтронного монитора, время). Решение было получено методом последовательных приближений сетки параметров (потенциал солнечной модуляции и масштабные коэффициенты). В первом приближении годовые значения потенциала солнечной модуляции, полученные новым методом, хорошо согласуются с полученными ранее оценками, полученными с использованием калибровок на данных спектрометра ПАМЕЛА; - был вычислен ожидаемый вклад тяжелых ядер (Z ≥ 2) в отклик НМ. Для этого использовались экспериментальные данные спектрометра AMS-02, а также функция отклика НМ, восстановленная руководителем проекта и соавторами ранее. Было обнаружено, что тяжелые ядра вносят в темп счета НМ до ∼43% сигнала в зависимости от местоположения НМ. Зависимость отношения между вкладом в темп счета от тяжелых ядер и полным темпом счета НМ от солнечного цикла менее заметна по сравнению с вариациями, связанными с местоположением нейтронного монитора, и составляет около 3% для полярного НМ на уровне моря за период наблюдений эксперимента AMS-02; - проводился анализ данных эксперимента ПАМЕЛА, с использованием данных времяпролетной системы, магнитного трекера, системы антисовпадений, а также данных моделирования пакетом GEANT4. Помимо этого, были использованы методы и программы обработки данных, полученные на прошлом этапе работ. В результате был завершен анализ модуляции потоков гелия ГКЛ в период возрастающей солнечной активности и ее максимума с 2010 по 2014 год. Эти данные дополняют модуляционную картину, полученную в эксперименте ПАМЕЛА ранее, и позволяют изучать жесткостные характеристики модуляционных процессов с 2006 по 2014 год; 2. Восстановление и изучений вариаций потоков солнечных энергичных частиц (СЭЧ). - была проведена верификация интегрального потока (флюенса) СЭЧ для ГЛЕ № 67, зарегистрированного наземной сетью нейтронных мониторов, при применении двух различных методов анализа: метода эффективной жесткости («быстрого») и метода полного восстановления («полного»). Результаты верификации показывают, что даже для событий со сложной картиной питч-угловой зависимости оба метода показывают хорошее согласие, что их дополнительно верифицирует; - были разработаны критерии идентификации ядер гелия солнечного происхождения в эксперименте ПАМЕЛА, использующие данные трекерной, времяпролетной и антисовпадательной системы, а также методы определения эффективностей отборов частиц. С их помощью восстановлены дифференциальные энергетические спектры ядер гелия во время солнечных событий 2006 года, а также проведена верификация получаемых в рамках разработанного метода потоков ГКЛ с опубликованными потоками гелия и протонов ГКЛ.

Аннотация результатов, полученных в 2022 году
1. В рамках работ по изучению вариаций потоков галактических космических лучей (ГКЛ): 1.1. В журнале Solar Physics опубликованы результаты работ по измерению амплитудных и временных характеристик Форбуш-понижений (ФП) в потоках ГКЛ, зарегистрированных экспериментом ПАМЕЛА за период с 2006 по 2014 год. Также проведен первичный анализ данных по ФП, зарегистрированных магнитным спектрометром AMS-02 в период с 2011 по 2019 год. В отличие от данных ПАМЕЛА, данные AMS-02 имеют более высокий энергетический порог, но в то же время гораздо более статистически обеспечены. Полученные по AMS-02 реконструкции добавлены к уже полученной выборе ФП по данным эксперимента ПАМЕЛА. Сделан предварительный вывод о подтверждении наблюдаемого в рамках эксперимента ПАМЕЛА эффекта - наблюдении двух классов ФП: с зависимостью времени восстановления от энергии частиц ГКЛ и без нее. 1.2. Проведён корреляционный анализ между наблюдаемым отношением потоков ядер гелия к протонам в потоках космических лучей и отношением темпов счета различных нейтронных мониторов. Для анализа использованы недавно опубликованные данные эксперимента AMS-02 по дневным измерениям спектров протонов и ядер гелия с 2011 по 2019 год, а также измерения сети нейтронных мониторов. Сделан предварительный вывод о возможности использования данных сети нейтронных мониторов (в частности, пары нейтронных мониторов Инувик и Почефструм, один из которых расположен на уровне моря в приполярной области, а второй – на высоте ~1300 м в приэкваториальной области) для оценки отношения He/p при жесткости 3 ГВ в потоках ГКЛ. 1.3. Повышена устойчивость метода восстановления потенциала солнечной модуляции по данным нейтронных мониторов для периода с 1950-х годов по настоящее время и проведено восстановление годовых и месячных значений потенциала солнечной модуляции. Результаты, хоть и получены методом, не использующим внешнюю калибровку на данные ПАМЕЛА или AMS-02, не сильно отличаются от предыдущих реконструкций. Разработанный метод анализа, однако, может быть использован в дальнейшем для исследования стабильности работы всемирной сети нейтронных мониторов, поскольку он позволяет проконтролировать поведение индивидуальных темпов счета каждого нейтронного монитора и найти возможные детекторные неисправности. 1.4. Рассчитаны эффективности отбора ядер лития и бериллия ГКЛ в эксперименте ПАМЕЛА по данным моделирования и полетным данным, а также улучшено качество их отборов. Это позволило изучить модуляцию спектров лития и бериллия ГКЛ в период с 2006 по 2010 год. Предварительный анализ этих результатов показывает, что ядра бериллия и лития модулируются похожим образом по сравнению со спектрами ядер гелия, в первую очередь из-за близких значений отношения заряда к массе. В то же время, видны и расхождения, изучение которых будет задачей будущих работ. 1.5. Проведен анализ 27-дневных вариаций интенсивности потоков ГКЛ по данным эксперимента AMS-02 и нейтронных мониторов за период с 2014 по 2015 г. Продемонстрировано преобладание амплитуды ~27 дней в спектре мощности вариаций потоков ГКЛ для энергии протонов 12 ГэВ, зарегистрированных экспериментом AMS-02, и темпах счета полярного нейтронного монитора. Предварительный анализ энергетической зависимости амплитуды 27-дневных вариаций потоков ГКЛ обнаруживает сложную структуру, в первом приближении нелинейную. 1.6. Проведен анализ временной задержки между потоками ГКЛ, количеством солнечных пятен и реконструкцией открытого солнечного потока. Временная задержка была оценена с использованием двух методов: корреляционного анализа и вейвлет-когерентности. Для обоих методов анализа также оценены погрешности полученных результатов. Показано, что наблюдается статистически подтвержденная зависимость задержки между потоками ГКЛ, с одной стороны, и значениями количества солнечных пятен или открытого солнечного потока, с другой стороны, от фазы солнечной активности. При этом количество солнечных пятен и открытый солнечной поток такой зависимости не имеют. 2. В рамках работ по изучению потоков солнечных энергичных частиц (СЭЧ): 2.1. С использованием данных сети нейтронных мониторов по измерениям трех солнечных событий (GLE-событий) с различными питч-угловыми характеристиками и временной эволюцией спектров СЭЧ в период с 2006 по 2017 год были верифицированы методы "быстрой" и "полной" реконструкции интегральных потоков солнечных энергичных частиц. Рассмотренные методы сильно отличаются: первый рассматривает данные каждого НМ независимо и является более устойчивым, в то время как второй заключается в поиске наилучшего решения для всей сети нейтронных мониторов, что позволяет получить больше информации о потоках СЭЧ, но при этом делает решение менее стабильным. В результате верификации оба метода показали согласующиеся результаты, что легитимизирует их дальнейшее применение. 2.2. Продолжен анализ гелия в солнечных энергичных частицах по данным эксперимента ПАМЕЛА. С использованием полученных методов идентификации событий и оценки эффективности их регистрации были проанализировать 30 известных событий регистрации протонов солнечного происхождения. Для каждого из этих событий сделана оценка потоков гелия (ГКЛ и СЭЧ). В трех событиях зарегистрирован статистически значимый (на фоне потоков ГКЛ) поток гелия СЭЧ. Полученные результаты демонстрируют принципиальную возможность ускорения высокоэнергичного гелия, что, в частности, может быть важным с точки зрения анализа GLE. В то же время, взаимосвязи наблюдения потоков гелия СЭЧ с какими-либо другими наблюдаемыми параметрами солнечных событий обнаружено не было.