О причинах и механизмах образования долговременных вариаций характеристик ГКЛ в гелиосфере Крайнев М.Б., ФИАН Основные вопросы: 1.Соотношение на Солнце. - презентация

1 О причинах и механизмах образования долговременных вариаций характеристик ГКЛ в гелио сфере Крайнев М.Б., ФИАН Основные вопросы: 1. Соотношение на Солнце и в гелио сфере магнитных полей, связанных с тороидальной и полоидальной ветвями солнечной активности. 2. Интенсивность и анизотропия ГКЛ. 11- и 22-летние циклы в этих характеристиках. Представления о причинах этих вариаций. 3. Моделирование долговременных вариаций интенсивности ГКЛ в гелио сфере. 4. Как проверить, и важна ли разница в этих представлениях? ИКИ-2015

2 Полоидальные и тороидальные магнитные поля на Солнце Ω-эффект: B pol B φ -эффект: B φ B pol ! B φ » B pol ИКИ-2015

3 Образование и структура гелиосферы Rossi, Olbert, 1970 Baranov, Malama., ИКИ-2015

4 Регулярное гелиосферное магнитное поле и гелиосферный токовый слой. A=sign(B r,N ) = - sign(B φ,N ) ИКИ-2015

5 Две ветви солнечной активности в гелио сфере в гг ИКИ-2015

6 Функция распределения, интенсивность и анизотропия ГКЛ f(p)=J(r,θ,T)/p 2 Средне- месячные Средне- суточные Средне- часовые ИКИ-2015

7 Две ветви активности на Солнце и 11- и 22-летние циклы в интенсивности ГКЛ ИКИ-2015

8 Две ветви активности на Солнце и 11- и 22-летние циклы в анизотропии ГКЛ ИКИ-2015

9 Широкоаспространенная точка зрения : причина образования 11-летнего цикла – пятенный цикл на Солнце и в гелио сфере, а 22- летнего – цикл в полярности ГМП. Причины : 1) Историческая: первые ~25 лет ( гг.) считалось, что в гелио сфере есть только пятенный цикл, а в ГМП преимущественной полярности нет. После 1975 г. – вариация J 22 есть, но она мала. 2)Методические (психологические?): 1)Нет необходимости искать другие факторы ( т. к. сильная корреляция с W, B hmf,…); 2)По мощности причины: чем мощнее вариация модулирующего фактора, тем сильнее эффект. Если меняется только направление поля слабой полоидальной ветви, вариация интенсивности ГКЛ должны быть слабее, чем от сильной вариации сильной тороидальной ветви. Но в гелио сфере - не так!; 3)По периоду вариации причины: 11-л и 22-л вариации характеристики ГКЛ должны вызываться изменением факторов с теми же периодами. О причинах образования 11- и 22-летней вариаций в характеристиках ГКЛ ИКИ-2015

10 Альтернативная точка зрения : как 11-л, так и 22-л образуются при совместном действии пятенного цикла в гелио сфере и цикла в полярности ГМП, причём роль последнего в образовании обеих вариаций характеристик ГКЛ может быть велика. Возможные механизмы образования 11-л вариации как 2- ой гармоники от причины, изменяющейся с 22-л : 1) Последовательное действие двух механизмов, действующих с 22-л периодом (например, наружная модуляция, затем дрейф): J ~ sin 2 ( 22 t) = (1 – cos ( 11 t))/2. 2) Одновременное изменение двух факторов в одном механизме, действующем с 22-л периодом (например, направление скорости и канал поступления частиц в механизме магнитного дрейфа). 3) Модуляция 22-л механизма 11-л циклом (например, дрейф зависит от полярности ГМП (22-л), его напряжённости и формы токового слоя (обе 11-л). О причинах образования 11- и 22-летней вариаций в характеристиках ГКЛ ИКИ-2015

11 Моделирование интенсивности ГКЛ. 1. Транспортное уравнение и граничные условия. Стационарное ТУ Parker, Крымский, Jokipii (1950s-1970s) For 2D (r, ) Граничные условия «Начальное» условие ИКИ-2015

12 Моделирование интенсивности ГКЛ. 2. Коэффициенты транспортного уравнения. Только V dr и K II зависят от преимущественной полярности (A), которая может быть включена (A > 0, A < 0) и выключена (A = 0) при решении граничной задачи ИКИ-2015

13 При выбранных параметрах модели в основном описываются J 11 и J 22. При выключении преимущественной полярности ГМП (А = 0) расчётная интенсивность (чёрные линии) почти везде падает в 3-5 раз, т. е. вклад дрейфа составляет 70-80% от полной интенсивности как при A > 0 (красные), так и при A < 0 (синие линии), а значит и в J 11 и J 22 ! Kalinin, Krainev, JoPCS, 2013Krainev, Kalinin, JoPCS, 2013 Расчётная J(r,,T; t) для A>0, A<0, A= ИКИ-2015

14 Результаты других моделей Jokipii, Thomas, 1981 Крымский и др. ( ) Только дрейф; изменяется только наклон ГТС Дрейфом определяются каналы доступа ГКЛ; наружная модуляция ИКИ-2015

15 Как проверить, какое из представлений правильно, и важно ли это? Возможно ли проверить, какое из представлений правильно: а) из наблюдений и б) расчётным путём? а) Возможно (по данным об интенсивности и анизотропии как ядер, так и электронов, и АКЛ), но я не знаю, как это сделать ; б) Рассчитать можно многое, но количественные результаты сильно зависят от модели. Надо исследовать разные модели гелиосферы и взаимодействия ГКЛ с электромагнитными полями. Важен ли выбор из этих представлений также и для нашей рутинной работы (подходы к анализу данных и интерпретации)? - На мой взгляд, несомненно. Например, при альтернативном взгляде на причины долговременных вариаций в характеристикиах ГКЛ надо искать другие индексы, ответственные за дрейф (кроме тилта); нельзя серьёзно относиться к сферически симметричным моделям модуляции ГКЛ (например, приближению силового поля) и т. д ИКИ-2015