Нейтронды мониторлар (НМ) желісі: іргелі зерттеулер мен практикалық қосымшалар

Нейтронды мониторлар (НМ) – стандартқа сай аспап, Жер шарының әртүрлі нүктелерінде орналастырылған. Жеке НМ бірінші ретті ғарыштық сәулелерді тіркейді, және олардың энергиясы мен магниттік қатқылдық табалдырығы жоғары, тек бірқатар шектелген бағыттағы, анықтайды . Бұл параметрлер негізінен НМ Жердегі орналасуына тәуелді. НМ алынған нәтижелер, әлде қайда кең физикалық ақпараттар алу мүмкіндігін берді. Мысалы: энергетикалық спектр мен бірінші ретті бөлшектердің таралу бағыты туралы. Сондай-ақ НМ ғарыш райының мониторингін жасауда қажет. Ол үшін дәлме-дәл уақыттағы нәтижелер базасы қажет, НМНБ cияқты.

Бізге НМ желісі неге керек?

Нейтронды мониторлар (НМ) – стандартқа сай аспап, Жер шарының әртүрлі нүктелерінде орналастырылған. Ғарышта орнатылған детекторларға қарағанда, санау қарқындылығының өте жоғары болғандығы, НМ үшін даусыз басымдылықты көрсетеді. Бұл станциялар үшін кішкене және ұзақ емес ғарыштық сәулелердің қарқындылығындағы өзгерістерді бақылау мүмкіндігін береді (шамамен 0,5%). Оларды ғарыштағы детекторлармен тіркеу мүмкін емес. Екінші жағынан ғарыштық детекторларға қарағанда, НМ күннің қарқынды энергетикалық бөлшектер ағымымен қаныға алмайды. НМ тағыда бір артықшылығы, оларға деген сенімділік пен автоматты түрде алынатын нәтижелер.

Геомагнитті өріс екі түрлі эффектіге әкеледі. Олар Жердегі әрбір орынға байланысты:

• Қатқылдық табалдырығының төмендігі (немесе энергия бойынша), одан төмен Әлем дүниесінен (жаһаннан) келетін , НМ үстіндегі атмосфераға жете алмай қалады.,
• Шолудың тар конусы, оған сай ғарыштық сәулелер НМ жету үшін, магнитосфераға кірулері керек ([[толық ақпарат|07_ad]]).

Осы ерекшеліктеріне байланысты, НМ станцияларының желісі, әртүрлі географиялық жағдайда орналастыру қажеттілігі, магнитосфераға келетін зарядталған бөлшектер ағымының бағытын, энергиясы мен қатқылдығын бақылауда туындайды. НМ бағыты мен энергиясын анықтайтын керемет құрал болып табылады. Сондықтан тарихи НМ тиіптік қоңдырғылармен бірге ойластырылған. Барлық станцияларды, бір детектор ретінде қолдану, әртүрлі бағыттағы өлшеулерге әкелетін, сондай-ақ өлшеу дәлдігін, бір құралға қарағанда, арттырады (<0,1% сағат сайынғы өлшеулер үшін). Жоғарыдағы карта, НМ бүкіл Жер шарына жайылғандығын көрсетеді.

Нейтронды мониторлар (НМ) желісі: зерттеулер

Енді, кейбір нәтижелерді алуда, НМ әртүрлі географиялық орналасуының қажеттілігін дәлелдейміз.

Ғарыштық сәулелердің ұзақ мерзімдік мониторингі

Ұзақ мерзімдік зерттеулер мынаны көрсетті, әрбір станцияда санау жылдамдығы Күн белсенділігінің цикылы бойынша өзгеретіндігін. Бұл құбылыс – ғаламдық күн сәулелерінің – Күн модуляциясы. Құбылыстың пайда болуын зерттеуде, бір ғана НМ көрсеткішіне жүгіне алмаймыз. Ол үшін бөлшектер энергиясының функциясы ретінде, ғарыштық сәулелердің қарқындылығы мен қатқылдығын анықтау қажет. НМ бірінші ретті, қаттылдық табалдырығы төмен (немесе энергиясы аз) ғарыштық сәулелерге сезімтал. Әсіресе географиялық ендікке байланысты. Полярлы аймақтан бастап экваторға дейінгі станцияда алынған нәтижелерді қиыстыра аламыз. Жоғарыдағы графикте көрсетілгендей, ғаламдық ғарыштық сәулелердің ұзақ тарихын анықтау үшін қажет. Графикте қатқылдығы 10 ГВт (кин. энергиясы 9 ГВт) болатын қарқындылық күн дақтарының санымен салыстырылған (ондаған жылдар бойғы бақылаулар).

Күннің ғарыштық сәулелерінің таралу бағыты

Жоғары ендіктегі анизотропияны өлшеу желісі, ғарыштық сәулелердің қысқа мерзімді оқиғаларымен байланысты. Ол энергетикалық бөлшектер мен Форбуш эффектісі. Егер станциялар шамамен бір ендікте орналасса, олардың қарқындылығы бойынша табалдырығы бір-біріне жақын, ал олардың санау жылдамдығының профилі бойынша, кез келген айырмашылығы, келген бірінші ретті ғарыштық сәулелердің бағытына байланысты. Бұның айқын көрінісі ретінде 20 қантар 2005 жылғы бақылаулар нәтижесін айтуға болады. Онда екі бірдей НМ қаттылдық табалдырығы бойынша айырмашылығы шамалы болған. Бастапқы шың «Teррe Aдeлие», станциясында әлдеқайда көбірек, «Keргуелеп исланд» станциясына қарағанда, өйткені осы спецификалық оқиға кезінде, бірінші ретті ғарыштық бөлшектер жер магнитосферасына оңтүстіктен кірген, ол болса планетааралық ғарыштық өрістін ерекше бағдары, толық ақпарат.

Нейтронды мониторлар (НМ) желісі мен ғарыш райы ескертулері.

НМ желісінің өлшеулер нәтижесінен неғұрлым көптеген ғылыми мағлұматтар алудың маңызы өте зор. Соның ішінде бізге қажет, ғарыш райын қадағалау, яғни Жер бағытында тәжден лақтырылған массалар мен күннің энергетикалық бөлшектерін бақылауда НМ маңызы үлкен.

Күннің энергетикалық бөлшектер мониторингі

Ғарыштық қондырғылар мен технологиялар, полярлы аймақтардағы радио байланыс, ғарышкерлер үшін, негізгі мәселе, ол кең көлемді Күннің энергетикалық бөлшектер ағымы. Ғарыштық технологиялардың қажеттілігі артқан сайын, оқиғаларды болжау тәсілін дамыту керек болды. Күннің ғарыштық сәулелеріндегі протон, мүмкін нейтронда, жоғары энергетикалық электрондарды айтпағанда, неғұрлым жылдам бөлшектер, осы оқиға периодында, Жерге келіп жететін. Олар көп емес және айтарлықтай қауіп туғызбайды. Олардың келуі белгі, яғни бір аз уақыттан соң, көптеген протон мен энергиясы төмен иондардың келетіңдігі туралы. Күннің ғарыштық сәулелері үлкен оқиғаларда, протон мен энергиясы төмен иондар саны көп, генерацияланатындықтан, НМ желісін дәл уақытта ескертулер желісін қалыптастыруда, SEP дабыл қағуында, қолданылады. Мұндай ескертулер үшін ең негізгі талап етулер бар: оқиғаны айқын болжау және жалған дабыл қағудан аулақ болу.

НМНБ жобасы үшін негізгі ақталу ол- НМ көрсеткішін дәлме-дәл уақытта пайдалану өте маңызды! Бұл жоба аясында осындай ескерту жүйесі дамиды. Ең жоқ дегенде жоғарғы ендіктегі үш НМ станциясының нәтижелерін пайдалана отырып, геомагниттік табалдырығы төмен болғандықтан, олар әлде қайда сезімтал екендігін, әлсіз рентген сәулесімен біріктіре отырып, спутниктерде алынған мәліметтердің жалғандығын тексеріп отыру. Егер де НМ санау жылдамдығы, бір минуттық өзгеріп тұратын орташа нәтижелер шамасынан басым болса, станция «ДАБЫЛ» тәртібіне өтеді. Дабыл тәртібінде, ең жоқ дегенде үш бірдей станция жұмыс істесе, рентген арнасы жарқыраулардың басталғандығына нұсқаса, соңғы қорытынды дауыл белгісі қосылыды.

Ғарыштық сәулелердің гео-эффективті тәж массасының лақтырылуының (ТЛМ) ерте ескертуі секілді.

Ғарыш ауа-райына тек қана жылдам бөлшектер әсерін тигізбейді. Тәжден лақтырылған масса (ТЛМ) планатааралық кеңістікке тарала отырып, Жердің магнитосферасына ықпал етіп, геомагнитті дауылды генерациялайды. Жердің магнит өрісінің ұйытқуы электр тоғын туғызады. Бұл ток - Жердегі техникалық қондырғыларға, әсіресе полярлы аумақтағы, ғарыш аспаптарындағы элетроникаға кедергі келтіреді. НМ өлшемдері Жерге ТЛМ жақындағаны туралы ертерек ескертулер бере алады, себебі ұйтқулар гелиосферадағы ғарыштық сәулелерінің таралуына әсерін тигізеді.

ТЛМ шапшаңдығы планетааралық кеңістікте, алдындағы соққы толқынды қолдай отырып, ғаламдық ғарыштық сәулелердің таралуына және Жерге қарайғы бағытына әсер етеді. Соққы толқын зарядталған бөлшектерді шашырататындықтан, ғарыштық сәулелер соқтығысқаннан кейін әлсірейді. Ғарыштық сәулелер планетааралық ТЛМ әлде қайда тез таралатындықтан, олардың мониторингі ұйытқулардың Жерге келетіндігі туралы ақпаратты планетааралық ТЛМ бұрын береді. Планетааралық ТЛМ туралы белгі шынымен НМ көрсеткіштерінде, қатты магниттік дауыл мен қатты Форбуш эффектілері басталғанға дейін, көрінеді. Бұл эффектілерді дәлдікпен зерттеу нәтижелері мынаны көрсетті: келген белгілер - ғарыштық сәулелердің санау жылдамдығының азайуы немесе көбейуі.

Алдынғы азаюлар, НМ станциясы соққы толқын алдындағы рентген сәулсінен әлсіреген аймақпен, магнитті байланысқан кезде, болуы мүмкін. Толқындық шашыраулардан алдынан, ғарыштық сәулелердің ағымының ұлғайғандығын көруге болады. Егер Жер осы аймақпен байланысты болса, онда НМ ғарыштық сәулелердің қарқындылығының өскендігін, ТЛМ Жерге келгеннен бұрын, тіркейді. Соққы толқын эффектісі, алыстан жақсы сезіледі, бөлшектің бір айналымдық, толқын алдындағы магнит өрісіндегі орбитасындай (Лармор радиусы). Қатқылдығы 10 ГВт протон үшін, қарапайым планетааралық магнит өрісінде, толқын келгенге дейінгі қарқындылық (шамамен 5нТ), Лармор радиусы шамамен 0,04 а.б. (1 а.б. – Күн мен Жер ара қашықтығы). Соққы толқын бұл қашықтықты жүріп өтуі үшін 4 сағат уақыт керек. Сондықтан олар соңғы сағаттарда бақыланады. НМ желісі бұл белгілерді реттей алады, және геомагниттік дауылды ескерте алады.

Бұл сурет бір мысалды бейнелейді: ғарыштық сәулелердің қарқындылығының вариациясы асимптотикалық бағыт функциясы ретінде (тік ось) және уақыт (тәулік бөлігі, көлденең ось). Қызыл дөңгелектер қарқындылықтың азаюын және сары дөңгелектер қарқындылықтың көбейуін білдіреді. Дөңгелектердің өлшемі ғарыштық сәулелердің вариация амплитудасына пропорционал. Тік сызық соққы толқынның Жерге жету уақытын анықтайды. Осы уақыттан бастап, ғарыштық сәулелердің қарқындылығы барлық НМ төмендейді. Оны қызыл дөңгелектер бейнеленген. Суретте ғарыштық сәулелердің қарқындылығының азаюы, жіңішке зонада, 1350 -1800 бойлықта, болатындығын және оның планетааралық магнит өрісінің бағытына дәл келетіңдігін айқын көрсетеді. Бұл ерекшелік 7 қырқүйекте , әлемдік уақыттың 2300 (соққы толқынның Жерге келуінен 24 сағат бұрын), ерекше көрінді. Бұл ғарыштық сәулелердің қарқындылығының азаюы, магнит өрісімен реттелген, мынаны баяндайды: планетааралық магнит өрісінің сызығы Жер арқылы ғарыштық сәулелердің келуін тоқтататын аймақпен байланған. Аймақ соққы толқын артынша, планетааралық ТЛМ Жерге жақындағаның білдіреді. Осы жағдай үшін нақты уақытта ғарыштық сәулелерді бақылау, бүкіл әлемдік НМ желісінің көмегімен, бір ТЛМ келуін бірнеше сағат бұрын, ескерту туралы белгі алатындығымызды дәлелдейді. Бұл тәсіл оперативті қолдану – болашаққа жоба.

Жоғарыдағы сурет 45 НМ көмегімен алынған. Осынша станциялар санымен кез келген, келу бойлығы бақылана алады. Жер айналған кезде, әрбір станция толық айналымды, әр бойлық үшін тәулік бойы, реттеп тұрады. Орналасуы әртүрлі станциялар көп болған сайын, соғұрлым суретіміз толық болып шығады. Егер бір ғана станция болса , онда бір ғана бойлық реттелген болар еді. Европа мен Европа маңындағы станциялар жалғыз өзі тура келе алмайды. Осының мысалы ретінде жоғарыдағы суретке қара, сол жақта Европалық нәтижелер, оң жақта Европа мен Ресей станцияларының нәтижесі. Бұрын болған белгілер аспектісі әліді болса білінеді, тек қана жеке жағдайларда. Ал ол болса сенімді ескерту жүйелері үшін жеткіліксіз.

Даму тарихы

НМ желісінің тарихы, 1948 жылы Дж.А. Симпсонның атмосфералық нейтрондарды, ғарыштық сәулелермен генерациаланатын, тіркеу құралынан басталады. 1957 жылдын шілде айынан бастап, қазіргі заманға сай көптеген әлемдік желі станцияларында, үздіксіз нейтрон компоненталарын тіркеу жұмысы жүргізіледі. Осы жыл Халықаралық Геофизика жылы ретінде ресми түрде басталды. (Халықаралық Геофизика жылы – ХГЖ). (МГГ).

Ертедегі кезең: Халықаралық Геофизика жылы мен нейтронды монитор (НМ)

1957-1958 жылдарда зерттеулер ХГЖ жоспары бойынша жүргізілді, тек қана 1959 жылы ХГБ (Халықаралық геофизика бірлестігі) бағдарламасы пайда болды, ХГЖ жоспарына қосымша ретінде. 1957 жылы 15 қырықүйекте Бүкіләлемдік Нәтижелер орталығы Мәскеу, Ресейде ИЗМИРАН (Ресей Ғылым Академиясының Жердің магнитизімі, ионосферасы мен радиотолқындардың таралуы институты) да құрылды. Бұл жерде барлық бақылаулар, дүние жүзі бойынша, алмасу үшін жинақталды. Сондай-ақ Советтік станцияларда алынған нәтижелер, Европа-Азиялық аймақтарда алынған нәтижелер АҚШ нәтижелер орталығы мен Жапонияның (WDC-C) нәтижелер орталығына жіберіліп тұрды. Нәтижелермен алмасу, дүние жүзі ғалымдарының өз ара түсіністіктері мен байланыс орнатуына қолданыс көрсетті.

Нейтронды мониторлардың (НМ) NM64 жаңаруы

1960 жылдарда халықаралық ғылыми ғарыштық сәулелерді зерттеу белсенділігі өсе берді, әсіресе Халықаралық Күнге арналған жыл аясында. 1964 жылы НМ жаңа түрін Хаттон мен Кармигель жасады. Оның құрамында санаушылардың саны, статистикалық дәлдікті алу мақсатында жақсартылып, көбейтілді. Ескі станциялар қайта жабдықталып, жаңа супер мониторлар жаңа станцияларда орнатылды. Станциялар санының эволюциясы, ХГЖ бағдарламасы аясында және НM64 нейтронды мониторымен жабдықталған. Санау жылдамдығының эволюциясы суретте көрсетілген.

Дәлме дәл (нақты) уақыттағы деректер жиыныe

Бірінші рет НМ нәтижелері (Мәскеу станцияларынан) Интернетке нақты уақыттағы кеңес ретінде 1997 жылы жіберілді, нәтижесінде бұл жинақтаудың - жаңа эрасының басталуына әкелді. Ол өңдеу мен нәтижелердің дәлме дәл уақытта алынуымен түсіндіріледі.

Қазіргі уақытта бүкіл әлемдік жүйені елудей (50) жұмыс істеп тұрған НМ құрайды. НМ сипаттамалары әртүрлі: энергиясы және ғарыштық сәулелер реакциясы бойынша. Барлық НМ үздіксіз 1 немесе 5-минуттық нәтижелерді жинауда жұмыс істейді. Көптеген станциялар (шамамен 30), өздерінің нәтижелерін Интернетке нақты уақытта жібереді. 2008 жылдын қантар айынан бастап, алғырлығы жоғарғы НМ нәтижелер базасы дайындалып жатыр (НМНБ) e-Infrastructures, жобасының бөлігі ретінде, Европалық Комиссиясының қолдауымен, «Жетінші тұлғалы бағдарлама» аясында. Бұл ынталану, алғырлығы жоғары НМ дәлме дәл уақыттағы нәтижелер базасын дамытуға бағытталған. Құрамына көптеген НМ нәтижесі енетің. Негізгі мақсат – сандық ғарыштық сәулелер нәтижелерін дамыту, көптеген ұжымдардың интернеттің стандартты веб-интерфейстер арқылы, тікелей қатынасуына мүмкіндік беру.

Бұдан былай біз ғарыштық сәулелер нәтижелерін енгізудің, мүмкіндігі туралы ойланамыз ( мысалы: мюонды телескоптар желісі).