Development of a Method for Recovery of the Energy Spectra
of Precipitating Electrons from the Data of Measurements
in the Atmosphere

V. S. Makhmutov; Махмутов В. С.; E. A. Maurchev; Маурчев Е. А.; G. A. Bazilevskaya; Базилевская Г. А.; I. A. Mironova; Миронова И. А.

doi:10.31857/S0016794023600564

Развитие метода восстановления энергетических спектров высыпающихся электронов по данным измерений в атмосфере

Авторы: Махмутов В.С.¹^,2, Маурчев Е.А.³^,4, Базилевская Г.А.¹, Миронова И.А.⁵
Учреждения:
1. Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН (ФИАН)
2. Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет)
3. Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н.В. Пушкова РАН (ИЗМИРАН)
4. Полярный геофизический институт
5. Санкт-Петербургский государственный университет (СПбГУ)
Выпуск: Том 63, № 5 (2023)
Страницы: 638-643
Раздел: Статьи
URL: https://ogarev-online.ru/0016-7940/article/view/134753
DOI: https://doi.org/10.31857/S0016794023600564
EDN: https://elibrary.ru/ZYFLKA
ID: 134753

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ
Доступ закрыт

Доступ предоставлен
Доступ закрыт

Только для подписчиков

Аннотация
Об авторах
Список литературы
Дополнительные файлы
Статистика

Аннотация

Проведение Физическим институтом им. Лебедева (ФИАН) регулярных измерений потоков заряженных частиц в атмосфере Земли позволило зарегистрировать с 1963 г. более 500 случаев высыпаний энергичных электронов в северных полярных широтах. Полученные экспериментальные данные представляют собой единственную в мире базу данных о высыпаниях электронов, зарегистрированных непосредственно в земной атмосфере. Первичные потоки высыпающихся электронов поглощаются в верхних слоях атмосферы. Однако, генерируемые ими потоки вторичных фотонов могут проникать глубоко в атмосферу, иногда до высот ~20 км, доступных для баллонных измерений ФИАН. В работе представлена новая методика восстановления энергетического спектра высыпающихся электронов, разработанная на основе моделирования методом Монте-Карло процесса распространения электронов в атмосфере. Показана применимость методики для накопленных экспериментальных данных и представлены новые результаты для отдельных событий, зарегистрированных в атмосфере.

Список литературы

– Agostinelli S., Allison J., Amako K. et al. Geant4 – a simulation toolkit //Nucl. Instrum. Meth. A. V. 506. № 3. P. 250–303. 2003. https://doi.org/10.1016/S0168-9002(03)01368-8
– Anderson K.A. Soft radiation events at high altitude during the magnetic storm of August 29–30, 1957 // Phys. Rev. V. 111. P. 1397–1405. 1958. https://doi.org/10.1103/PhysRev.111.1397
– Arsenovic P., Rozanov E., Stenke A., Funke B., Wissing J., Mursula K. et al. The influence of middle range energy electrons on atmospheric chemistry and regional climate // J. Atmos. Sol.-Terr. Phy. V. 149. P. 180–190. 2016. https://doi.org/10.1016/j.jastp.2016.04.008
– Bazilevskaya G.A., Krainev M.B., Stozhkov Yu.I., Svirzhevskaya A.K., Svirzhevsky N.S. Long-term Soviet program for the measurement of ionizing radiation in the atmosphere // J. Geomagn. Geoelectr. V. 43 (Suppl.). P. 893–900. 1991. https://doi.org/10.5636/jgg.43.Supplement2_893
– Bazilevskaya G.A., Svirzhevskaya A.K. On the stratospheric measurements of cosmic rays // Space Sci. Rev. V. 85. P. 431–521. 1998.
– Bazilevskaya G.A., Kalinin M.S., Krainev M.B., Makhmutov V.S., Stozhkov Y.I., Svirzhevskaya A.K., Svirzhevsky N.S., Gvozdevsky B.B. Temporal characteristics of energetic magnetospheric electron precipitation as observed during long-term balloon observations // J. Geophys. Res. – Space. V. 125. № 11. e28033. 2020. https://doi.org/10.1029/2020JA028033
– Bazilevskaya G.A., Dyusembekova A.S., Kalinin M.S., Krainev M.B., Makhmutov V.S., Svirzhevskaya A.K., Svirzhevsky N.S., Stozhkov Yu.I., Tulekov E.A. Comparison of the results on precipitation of high-energy electrons in the stratosphere and on satellites // Cosmic Res. V. 59. № 1. P. 24–29. 2021. https://doi.org/10.1134/S0010952521010020
– Charakhchyan A.N. Investigation of stratosphere cosmic ray intensity fluctuations induced by processes on the Sun // Usp. Fiz. Nauk. V. 83. P. 35–62. 1964.
– Grankin D., Mironova I., Bazilevskaya G., Rozanov E., Egorova T. Atmospheric Response to EEP during Geomagnetic Disturbances // Atmosphere. V. 14. № 2. P. 273. 2023. https://doi.org/10.3390/atmos14020273
– Lazutin L.L., Khrushchinsky A.A., Kozelova T.V. et al. SAMBO-GEOS: On three-dimensional substorm dynamics – A case study for 4 March 1979 // Adv. Space Res. V. 5. № 4. P. 171–174. 1985. https://doi.org/10.1016/0273-1177(85)90134-6
– Makhmutov V.S., Bazilevskaya G.A., Krainev M.B., Storini M. Long-term cosmic ray experiment in the atmosphere: energetic electron precipitation events during the 20–23 solar activity cycles // Proc. 27th Int. Cosmic Ray Conf., Hamburg, SH. P. 4196–4199. 2001.
– Makhmutov V.S., Bazilevskaya G.A., Desorgher L., Flückiger E. Precipitating electron events in October 2003 as observed in the polar atmosphere // Adv. Space Res. V. 38. № 8. P. 1642–1646. 2006. https://doi.org/10.1016/j.asr.2006.01.016
– Makhmutov V.S., Bazilevskaya G.A., Stozhkov Y.I., Svirzhevskaya A.K., Svirzhevsky N.S. Catalogue of Electron Precipitation Events as Observed in the Long-Duration Cosmic Ray Balloon Experiment // J. Atmos. Sol.-Terr. Phy. V. 149. P. 258–276. 2016. https://doi.org/10.1016/j.jastp.2015.12.006
– Maurchev E.A., Mikhalko E.A., Germanenko A.V., Balabin Yu.V., Gvozdevsky B.B. RUSCOSMICS Software Package as a tool for estimating the Earth’s atmosphere ionization rate by cosmic ray protons // B. Russ. Acad. Sci. Phys. V. 83. № 5. P. 653–656. 2019. https://doi.org/10.3103/S1062873819050241
– Maurchev E.A., Baltabin Yu.V., Germanenko A.V., Gvozdevsky B.B. Modeling the transport of Solar Cosmic Ray Proton Fluxes through Earth’s Atmosphere for the GLE42 and GLE44 Events // B. Russ. Acad. Sci. Phys. V. 85. P. 273–276. 2021a. https://doi.org/10.3103/S1062873821030151
– Maurchev E.A., Balabin Yu.V., Germanenko A.V., Mikhalko E.A., Gvozdevsky B.B. Calculating the Rate of Ionization during a GLE Event with a Global Model of Earth’s Atmosphere and Estimating of the Contribution to this Process from Galactic Cosmic Ray Particles with Z > 2 // B. Russ. Acad. Sci. Phys. V. 85. P. 277–281. 2021b. https://doi.org/10.3103/S1062873821030163
– Maurchev E.A., Mikhalko E.A., Balabin Yu.V., Germanenko A.V., Gvozdevsky B.B. Estimated equivalent radiation dose at different altitudes in Earth’s atmosphere // Sol-Terr. Phys. V. 8. № 3. P. 27–31. 2022. https://doi.org/10.12737/stp-83202204
– Millan R.M., McCarthy M.P., Sample J.G. et al. The balloon array for RBSP relativistic electron losses (BARREL) // Space Sci. Rev. V. 179. P. 503–530. 2013. https://doi.org/10.1007/s11214-013-9971-z
– Mironova I., Artamonov A., Bazilevskaya G., Rozanov E., Makhmutov V., Mishev A., Karagodin A. Ionization of the polar atmosphere by energetic electron precipitation retrieved from balloon measurements // Geophys. Res. Lett. V. 46. P. 990–996. 2019. https://doi.org/10.1029/2018GL079421
– Picone J.M., Hedin A.E. NRLMSISE-00 empirical model of the atmosphere: Statistical comparisons and scientific issues // J. Geophys. Res. V. 107. № A12. P. 1468. 2002. https://doi.org/10.1029/2002JA009430
– Sinnhuber M., Nieder H., Wieters N. Energetic Particle Precipitation and the Chemistry of the Mesosphere/Lower Thermosphere // Surv. Geophys. V. 33. P. 1281–1334. 2012. https://doi.org/10.1007/s10712-012-9201-3
– Stozhkov Y.I., Svirzhevsky N.S., Bazilevskaya G.A., Kvashnin A.N., Makhmutov V.S., Svirzhevskaya A.K. Long-term (50 years) measurements of cosmic ray fluxes in the atmosphere // Adv. Space Res. V. 44. № 10. P. 1124–1137. 2009. https://doi.org/10.1016/j.asr.2008.10.038
– Winckler J.R., Bhavsar P.D., Anderson K.A. A study of the precipitation of energetic electrons from the geomagnetic field during magnetic storms // J. Geophys. Res. V. 67. № 10. P. 3717–3735. 1962. https://doi.org/10.1029/JZ067i010p03717
– Woodger L.A., Halford A.J., Millan R.M. et al. A summary of the barrel campaigns: Technique for studying electron precipitation // J. Geophys. Res. – Space. V. 120. P. 4922–4935. 2015. https://doi.org/10.1002/2014JA020874
– http://www.cern.ch/geant4
– https://ruscosmics.ru/FIANRSCSM/
– https://satdat.ngdc.noaa.gov/sem/poes/data/