Авторы
Царева О.О. (1), Левашов Н.Н. (1,2), Попов В.Ю. (1,2,3)
Организации
1) Институт космических исследований Российской академии наук (ИКИ РАН), Москва, Россия
2) Физический факультет Московского университета, Москва, Россия
3) НИУ ВШЭ, Москва, Россия
2) Физический факультет Московского университета, Москва, Россия
3) НИУ ВШЭ, Москва, Россия
Сессия
Теория и моделирование физических процессов
Подсекция
Динамо
Форма представления
Устный
Текст тезисов
Межзвездное пространство заполнено космическими лучами - частицами, которые
представляют естественный радиационный фон в космосе. Энергии этих частиц достигают
десятков ГэВ. Эти частицы активно бомбардируют землю [1].
Геомагнитное поле защищает нашу планету от роя заряженных частиц. Благодаря
геомагнитному полю, наша планета теряет гораздо меньше атмосферы по сравнению с
другими телами Солнечной Системы, где отсутствует подобное магнитное поле, например,
Марс и Венера. Однако, геомагнитное поле Земли не статично и постоянно изменяется.
Самые значительные изменения геомагнитного поля - инверсии т.е. смена направления
магнитного поля. Начиная с 1900 произошло значительное смещение полюсов: северный
сместился более чем на 2000 км, южный более чем на 1000 км. В тоже в настоящее время
магнитный дипольный момент демонстрирует резкое уменьшение, с уменьшением примерно
на 10 процентов с 1840 года или на пол проценты за десятилетие. Таким образом, геомагнитное поле с течением времени постепенно уменьшается, а координаты магнитных полюсов медленно изменяются, что может говорить о начале процесса геомагнитной инверсии.
Мы рассматриваем численное моделирование прохождения галактических
космических лучей через атмосферу Земли в момент инверсии для двух сценариев. В первом сценарии геомагнитное поле земли в момент инверсии имеет чисто квадрупольную составляющую, но атмосфера не разрежена, во втором сценарии, геомагнитное поле также имеет чисто квадрупольную составляющую, но атмосфера разрежена: количество кислорода падает с сегодняшних 21 процента до 14, а падение азота – на 2 процента от сегодняшнего. Такое разрежение атмосферы наблюдалось в прошлом в процессе множественных инверсий, поскольку при ослабленном геомагнитном поле, выветривание атмосферы происходит интенсивнее.
Для моделирования взаимодействия высокоэнергетических космических частиц с атмосферой используется пакет для разработки программ geant4 [2]. Для параметризации атмосферы Земли при расчете прохождения протонов ГКЛ используется эмпирическая модель атмосферы NRLMSISE- 00 [3]. Рассчитаны изменения доз радиации от высоты. Показано, что дозы радиации галактических космических лучей у поверхности планеты в момент инверсии для первого сценария, существенно вырастут в экваториальных зонах, а для второго сценария, будут значительно превышать сегодняшние на всех широтах, по сравнению с сегодняшним фоном. Такие уровни радиации могут негативно сказаться на высокотехнологичном оборудовании.
1 Е.А. Маурчев, Ю.В. Балабин, А.В. Германенко, Е.А. Михалко, Б.Б. Гвоздевский //
Труды Кольского научного центра РАН. Гелиогеофизика. Т.10, №8, 2019
2 Agostinelli S et al. Geant4 - A Simulation Toolkit // Nuclear Instruments and Methods.
2003 A 506 P. 250-303. DOI: 10.1016/S0168-9002(03)01368-8.
3 Picone, J. & Hedin, AE & Drob, D. & Aikin, A. (2002). NRLMSISE-00 empirical model
of the atmosphere: Statistical comparison and scientific issues. Journal of Geophysical
Research. 107 10.1029/2002JA009430.
представляют естественный радиационный фон в космосе. Энергии этих частиц достигают
десятков ГэВ. Эти частицы активно бомбардируют землю [1].
Геомагнитное поле защищает нашу планету от роя заряженных частиц. Благодаря
геомагнитному полю, наша планета теряет гораздо меньше атмосферы по сравнению с
другими телами Солнечной Системы, где отсутствует подобное магнитное поле, например,
Марс и Венера. Однако, геомагнитное поле Земли не статично и постоянно изменяется.
Самые значительные изменения геомагнитного поля - инверсии т.е. смена направления
магнитного поля. Начиная с 1900 произошло значительное смещение полюсов: северный
сместился более чем на 2000 км, южный более чем на 1000 км. В тоже в настоящее время
магнитный дипольный момент демонстрирует резкое уменьшение, с уменьшением примерно
на 10 процентов с 1840 года или на пол проценты за десятилетие. Таким образом, геомагнитное поле с течением времени постепенно уменьшается, а координаты магнитных полюсов медленно изменяются, что может говорить о начале процесса геомагнитной инверсии.
Мы рассматриваем численное моделирование прохождения галактических
космических лучей через атмосферу Земли в момент инверсии для двух сценариев. В первом сценарии геомагнитное поле земли в момент инверсии имеет чисто квадрупольную составляющую, но атмосфера не разрежена, во втором сценарии, геомагнитное поле также имеет чисто квадрупольную составляющую, но атмосфера разрежена: количество кислорода падает с сегодняшних 21 процента до 14, а падение азота – на 2 процента от сегодняшнего. Такое разрежение атмосферы наблюдалось в прошлом в процессе множественных инверсий, поскольку при ослабленном геомагнитном поле, выветривание атмосферы происходит интенсивнее.
Для моделирования взаимодействия высокоэнергетических космических частиц с атмосферой используется пакет для разработки программ geant4 [2]. Для параметризации атмосферы Земли при расчете прохождения протонов ГКЛ используется эмпирическая модель атмосферы NRLMSISE- 00 [3]. Рассчитаны изменения доз радиации от высоты. Показано, что дозы радиации галактических космических лучей у поверхности планеты в момент инверсии для первого сценария, существенно вырастут в экваториальных зонах, а для второго сценария, будут значительно превышать сегодняшние на всех широтах, по сравнению с сегодняшним фоном. Такие уровни радиации могут негативно сказаться на высокотехнологичном оборудовании.
1 Е.А. Маурчев, Ю.В. Балабин, А.В. Германенко, Е.А. Михалко, Б.Б. Гвоздевский //
Труды Кольского научного центра РАН. Гелиогеофизика. Т.10, №8, 2019
2 Agostinelli S et al. Geant4 - A Simulation Toolkit // Nuclear Instruments and Methods.
2003 A 506 P. 250-303. DOI: 10.1016/S0168-9002(03)01368-8.
3 Picone, J. & Hedin, AE & Drob, D. & Aikin, A. (2002). NRLMSISE-00 empirical model
of the atmosphere: Statistical comparison and scientific issues. Journal of Geophysical
Research. 107 10.1029/2002JA009430.