Τι είναι η ασυμπτωτική διεύθυνση άφιξης?

Έχει παρατηρηθεί ότι η διεύθυνση με την οποία τα σωματίδια, τα οποία προσκρούουν σε ένα συγκεκριμένο σημείο στην ατμόσφαιρα της Γης και φτάνουν απο την μαγνητόσφαιρα εξαρτάται από την τοποθεσία πάνω στη Γη. Κοσμικές ακτίνες με πολύ υψηλές ενέργειες δεν ανακλώνται από το μαγνητικό πεδίο της Γης. Αυτό σημαίνει ότι ένας συγκεκριμένος σταθμός μετρητών νετρονίων θα είναι πιο ευαίσθητος στις πολύ υψηλών ενεργειών κοσμικές ακτίνες που διαδίδονται πάνω στην ευθεία που ορίζεται από το γεωγραφικό μήκος και γεωγραφικό πλάτος του σταθμού. Σωματίδια χαμηλότερων ενεργειών ανακλώνται εντονότερα. Από το σχήμα συμπεραίνουμε ότι ένας σταθμός νετρονίων κοντά στον μαγνητικό ισημερινό της Γης θα ανιχνεύει σωματίδια των οποίων η διεύθυνση με την οποία φτάνουν είναι όλο και πιο ανατολική όσο πιο χαμηλή είναι η ενέργεια τους. Για τους υπόλοιπους μετρητές η κατάσταση περιπλέκεται. Χρησιμοποιώντας κώδικες μπορούμε να υπολογίσουμε για κάθε μετρητή νετρονίων τις διευθύνσεις των σωματιδίων με διαφορετικές ενέργειες που τελικά θα προσκούσουν στην ατμόσφαιρα από το ζενίθ του σταθμού. Αυτές οι ασυμπτωτικές διευθύνσεις μπορούν στη συνέχεια να αποτυπωθούν σε ένα χάρτη για όλους τους σταθμούς. Μια και το μαγνητικό πεδίο σε έναν δεδομένο τόπο αλλάζει με το χρόνο λόγω της περιστροφής της Γης αναφορικά με τον ηλιακό άνεμο, αλλάζουν και οι ασυμπτωτικές διευθύνσεις και γι’αυτό πρέπει να υπολογίζονται για κάθε στιγμή όταν πρόκειται να αναλυθεί μια μέτρηση.

Αυτό το διάγραμμα είναι ο χάρτης των ασυμπτωτικών διευθύνσεων για ένα αριθμό μετρητών νετρονίων, στις 7:00 UΤ στις 20 Ιανουαρίου 2005. Οι μετρητές νετρονίων αναγράφονται με την συντομογραφία τους (Th-Thule, Na-Nain, Bar-Barentsburg, McM-McMurdo, SP-South Pole, Sa-SANAE, Pe-Peawanuk, TA-Terre Adelie, Ou-Oulu, Ap-Apatity, Mo-Moscow, Ki-Kiel, Ju-Jungfrauioch, Ke-Kerguelen, Nor-Norilsk, Ti-Tixie Bay, CS-Cape Shmidt, In-Inuvik).
Οι καμπύλες δηλώνουν τις ασυμπτωτικές διευθύνσεις για κάθε σταθμό και για ένα εύρος μαγνητικών δυσκαμψιών ή ενεργειών. Η κατεύθυνση της υψηλότερης δυσκαμψίας για την συγκεκριμένη μέτρηση (20 GV, που αντιστοιχεί σε κινητική ενέργεια 19 GeV για πρωτόνιο) είναι στην αρχή της καμπύλης κοντά στην ένδειξη του σταθμού, ενώ η κατεύθυνση της χαμηλότερης δυσκαμψίας (1 GV, που αντιστοιχεί σε ενέργεια 430 MeV) είναι στο τέλος της καμπύλης. Κάθε σταθμός έχει ένα σετ διευθύνσεων άφιξης. Αν τους συνυπολογίσουμε μπορούμε να υπολογίσουμε πόσα σωματίδια ταξιδεύουν σε κάθε διεύθυνση κατά τη διάρκεια ενός ηλιακού γεγονότος.

Οι κλειστές καμπύλες πλέγματος σε όλο το χάρτη είναι ισοδυναμικές της γωνίας μεταξύ της ταχύτητας του σωματιδίου και του μαγνητικού πεδίου, ή αλλιώς της έντασης ροής των σωματιδίων. Στο συγκεκριμένο ηλιακό γεγονός στις 20 Ιανουαρίου 2005 η υψηλότερη ένταση προκύπτει κοντά στην διεύθυνση -115 γεωγραφικό μήκος και -30 γεωγραφικό πλάτος, στην κάτω αριστερή γωνία του χάρτη. Οι ασυμπτωτικές διευθύνσεις των σταθμών Mc Murdo (McM), South pole (SP) και Terre Adie (TA) περνάνε κοντά από αυτό το σημείο και του Mc Murdo (McM) περνάει ακριβώς από πάνω του. Αυτό σημαίνει ότι αυτοί οι σταθμοί είχαν τους ισχυρότερες και ταχύτερες αυξήσεις στο ρυθμό μετρήσεων από όλους τους υπόλοιπους μετρητές παγκοσμίως.

Οι ασυμπτωτικές διευθύνσεις του μετρητή νετρονίων στη νήσο Kerguelen, από την άλλη μεριά, ήταν πολύ μακριά από τις διευθύνσεις των περισσότερων σωματιδίων και γι’αυτό και ο ρυθμός μέτρησης ήταν πολύ ασθενέστερος από ότι στο Terre Adie. Η εξήγηση εδώ, όπου συγκρίνουμε τις ασυμπτωτικές διευθύνσεις άφιξης με τις ισοδυναμικές της έντασης της κοσμικής ακτινοβολίας με διαφορετικές διευθύνσεις άφιξης, είναι η αντίστροφη διαδικασία που υιοθετήθηκε προκειμένου να προσδιορίσουμε αυτές τις διευθύνσεις άφιξης: το γεγονός ότι οι τρεις σταθμοί στην Ανταρκτική κατέγραψαν τους υψηλότερους ρυθμούς μετρήσεων μας οδήγησε στο συμπέρασμα ότι τα περισσότερα ηλιακά σωματίδια στην αρχική φάση του γεγονότος ήρθαν από την κατεύθυνση (-115, -30). Περιμένουμε ότι τα πρώτα σωματίδια που φτάνουν στην Γη είναι αυτά που ταξιδεύουν κατά μήκος του διαπλανητικού μαγνητικού πεδίου, ενώ αυτά που ταξιδεύουν υπό γωνία (ελικοειδής τροχιά) φτάνουν αργότερα επειδή διανύουν μεγαλύτερη απόσταση. Με βάση αυτό, η διεύθυνση του διαπλανητικού μαγνητικού πεδίου την στιγμή του γεγονότος αποτυπώνεται στο χάρτη με μία τελεία μέσα σε έναν κύκλο, κοντά στον σταθμό McM. Αυτή η διεύθυνση είναι κοντά στην πραγματική διεύθυνση του μεγαλύτερου πλήθους των σωματιδίων. Η διαφορά μεταξύ των δύο διευθύνσεων οφείλεται στο απλοποιημένο μοντέλο που υποθέσαμε όταν εξαγάγαμε την γωνιακή κατανομή των διευθύνσεων άφιξης.