[论文解读] Low Energy Cosmic Rays and the Disturbed Magnetosphere
本文研究了地磁扰动如何通过计算模型模拟外部磁场，影响低能宇宙射线穿过地球磁层的透射特性，以及地面中子监测站和低地球极轨道卫星的宇宙射线渐近方向。主要结果表明，在2003年和2004年的重大地磁风暴期间，由于磁层截止刚度的动态变化，高纬度地区宇宙射线的可及性出现显著变化。
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.
研究动机与目标
- 理解地磁扰动如何影响低能银河宇宙射线进入地球大气层的穿透能力。
- 量化平静与扰动空间天气条件下地磁截止刚度的变化。
- 计算特定地面位置和低地球极轨道卫星的宇宙射线透射函数与渐近方向。
- 评估不同外部磁场模型对2003年和2004年重大地磁风暴期间宇宙射线可及性的影响。
- 通过考虑动态磁层构型，改进中子监测站各向异性数据的解释。
提出的方法
- 利用外部源产生的地磁场模型，模拟平静与扰动期间的磁层构型。
- 计算选定地面观测点和低空极轨道卫星的透射函数。
- 基于计算得到的透射函数与磁场构型，确定宇宙射线的渐近方向。
- 应用不同的外部磁场模型，评估结果对模型差异的敏感性。
- 针对2003年和2004年两次重大地磁风暴事件进行模拟，并与平静期条件进行比较。
- 使用中子监测站网络数据作为参考，用于解释不同磁层状态下宇宙射线各向异性的观测。
实验结果
研究问题
- RQ12003年和2004年的地磁扰动如何改变低能宇宙射线的地磁截止刚度？
- RQ2在重大地磁风暴期间，地面中子监测站和低地球极轨道上的宇宙射线透射率有何变化？
- RQ3不同外部磁场模型如何影响计算得到的宇宙射线渐近方向？
- RQ4动态磁层在多大程度上调制了中子监测站数据中观测到的宇宙射线各向异性？
- RQ5平静期与扰动期磁层构型下的计算透射函数有何差异？
主要发现
- 在2003年和2004年的强地磁风暴期间，特别是在高纬度地区，观测到地磁截止刚度显著降低。
- 宇宙射线的透射函数强烈依赖于磁层构型，在扰动期间，极区和高纬度地区的宇宙射线可及性增加。
- 地磁扰动期间，宇宙射线的渐近方向发生显著偏移，表明粒子进入路径发生变化。
- 结果表明，忽略磁层可变性将导致对中子监测站各向异性数据的错误解读。
- 由于外部场贡献增强，透射函数与渐近方向的变化在极光区和极区最为显著。
- 模型敏感性分析表明，外部场模型显著影响计算得到的宇宙射线传输特性，尤其在风暴期间。
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