[論文レビュー] Low Energy Cosmic Rays and the Disturbed Magnetosphere

K. Kudela, Bucik, R.|arXiv (Cornell University)|Mar 17, 2013

Ionosphere and magnetosphere dynamics参考文献 16被引用数 4

ひとこと要約

本論文は、外部磁場モデルを用いて地球の磁気圏を通る低エネルギー宇宙線の透過率と漸近的到達方向をシミュレートすることで、geomagnetic 異常が低エネルギー宇宙線の伝播に与える影響を調査している。主な結果として、2003年および2004年の主要なgeomagnetic ストーム時には、特に高緯度地域で磁気圏のカットオフロタリティの動的変化に起因し、宇宙線の到達に顕著な変化が観測された。

ABSTRACT

Low energy galactic cosmic rays as well as particles accelerated to high energies either at the solar surface or in the interplanetary medium have access to the atmosphere above a given position on the Earth depending upon the state of the magnetosphere. The interpretation of the cosmic ray anisotropy, deduced from the neutron monitor (NM) network, must assume the variability of the magnetospheric configuration. Along with a short review of changes of the geomagnetic cutoffs in the disturbed magnetosphere reported in the earlier papers, we present the results of computations of transmissivity function and asymptotic directions for selected points on the ground and for a low altitude polar orbiting satellite as well. The computations, based on different available models of geomagnetic field of external sources are performed for quiet time periods and for strong geomagnetic disturbances occurred in 2003 and 2004.

研究の動機と目的

• geomagnetic 異常が地球の大気に侵入する低エネルギーギャラクティック宇宙線に与える影響を理解すること。
• 静穏時および乱れた宇宙天気状態下でのgeomagnetic カットオフロタリティの変化を定量化すること。
• 特定の地上観測地点および低地球極軌道人工衛星における宇宙線の透過率関数と漸近的到達方向を計算すること。
• 2003年および2004年の主要なgeomagnetic ストーム時に、外部磁場モデルの変動が宇宙線到達に与える影響を評価すること。
• 動的磁気圏構造を考慮することで、中性子モニタの非一様性データの解釈を改善すること。

提案手法

• 静穏時および乱れた期間における磁気圏構造を再現するため、外部源由来の地磁気場モデルを用いた。
• 選択された地上観測点および低高度極軌道人工衛星における透過率関数を計算した。
• 計算された透過率および磁場構造に基づき、宇宙線の漸近的到達方向を特定した。
• 異なる外部磁場モデルを適用し、結果のモデル変動に対する感受性を評価した。
• 2003年および2004年の2回の主要なgeomagnetic ストームイベントについてシミュレーションを行い、静穏時条件と比較した。
• 磁気圏状態の変化下での宇宙線非一様性の解釈の基盤として、中性子モニタネットワークデータを用いた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 2003年および2004年のgeomagnetic 異常は、低エネルギー宇宙線のgeomagnetic カットオフロタリティにどのように影響を与えるか？
• RQ2 主要なgeomagnetic ストーム時における地上中性子モニタおよび低地球極軌道人工衛星での宇宙線透過率にどのような変化が生じるか？
• RQ3 外部磁場モデルの違いが、計算された宇宙線の漸近的到達方向にどのように影響を与えるか？
• RQ4 動的磁気圏は、中性子モニタデータで観測される宇宙線非一様性にどの程度調節効果を及ぼすか？
• RQ5 静穏時と乱れた磁気圏構造下での計算された透過率関数には、どのような差が生じるか？

主な発見

• 2003年および2004年の強いgeomagnetic ストーム時には、特に高緯度地域でgeomagnetic カットオフロタリティが顕著に低下した。
• 宇宙線の透過率関数は磁気圏構造に強く依存しており、特に極域および高緯度地域で乱れた期間中に到達率が上昇した。
• geomagnetic 異常時には宇宙線の漸近的到達方向が顕著に変化し、粒子の到達経路が変化していることが示された。
• 結果から、磁気圏の変動を無視すると中性子モニタの非一様性データの解釈が誤られる可能性があることが明らかになった。
• 透過率および漸近的到達方向の変化は、外部磁場寄与の増強に起因し、特にオーロラ帯および極域で顕著に顕在した。
• モデル感受性解析から、外部磁場モデルが宇宙線透過率の計算に顕著に影響を与え、特にストーム時条件下で顕著であることが判明した。