Прогноз интенсивности космических лучей на текущее столетие

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

ля диагностики и прогноза состояния гелиосферы, а также космической погоды и климата необходимы знания о временных изменениях потока галактических космических лучей на орбите Земли. Целью работы является прогнозирование потока космических лучей на ближайшее столетие, основываясь на связи модуляции галактических космических лучей с характеристиками солнечной активности. Для долговременного прогноза были использованы модели одного параметра солнечной активности, определяющего модуляцию галактических космических лучей – числа солнечных пятен либо потенциала солнечной модуляции космических лучей. В результате, на основе анализа десятка моделей поведения солнечной активности на ближайшее столетие, был получен долговременный прогноз потока космических лучей. Проведенный анализ позволяет предположить, что вопреки более ранним прогнозам вероятность большого солнечного минимума в конце 21 века невелика. Это показывают большинство опубликованных различными авторами и проанализированных нами долговременных прогнозов солнечной активности. Ожидается почти двукратное повышение уровня солнечной активности к середине века и последующий переход приблизительно к современному уровню в конце века. На орбите Земли к середине века ожидается пониженная интенсивность галактических космических лучей.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

П. Г. Кобелев

Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н.В.Пушкова РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: kobelev@izmiran.ru
ORCID iD: 0000-0002-9727-4395
Россия, Москва, Троицк

Л. А. Трефилова

Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н.В.Пушкова РАН

Email: kobelev@izmiran.ru
ORCID iD: 0000-0002-2563-5550
Россия, Москва, Троицк

А. В. Белов

Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н.В.Пушкова РАН

Email: kobelev@izmiran.ru
ORCID iD: 0000-0002-1834-3285
Россия, Москва, Троицк

Р. Т. Гущина

Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н.В.Пушкова РАН

Email: kobelev@izmiran.ru
ORCID iD: 0000-0002-5247-7404
Россия, Москва, Троицк

В. Г. Янке

Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н.В.Пушкова РАН

Email: kobelev@izmiran.ru
ORCID iD: 0000-0001-7098-9094
Россия, Москва, Троицк

Список литературы

  1. Белов А.В., Ерошенко Е.А., Янке В.Г., Оленева В.А., Абунина М.А., Абунин А.А. Метод глобальной съемки для мировой сети нейтронных мониторов // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 58. № 3. C. 374–389. 2018. https://doi.org/10.7868/S0016794018030082
  2. Веретененко С.В., Огурцов М.Г. Исследование пространственно-временной структуры долгопериодных эффектов солнечной активности и вариаций космических лучей в циркуляции нижней атмосферы // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 52. № 5. С. 626–638. 2012.
  3. Кудрявцев И.В., Юнгер X. Вариации прозрачности атмосферы под действием галактических космических лучей как возможная причина их влияния на формирование облачности // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 51. № 5. С. 668–676. 2011.
  4. Лушников А.А., Загайнов В.А., Любовцева Ю.С., Гвишиани А.Д. Образование наноаэрозолей в тропосфере под действием космического излучения // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. Т. 50. № 2. С. 175–184. 2014. https://doi.org/10.7868/S0002351514020072
  5. Янке В.Г., Белов А.В., Гущина Р.Т., Кобелев П.Г., Трефилова Л.А. Об остаточной модуляции галактических космических лучей в гелиосфере // Космич. исслед. Т. 61. № 1. 2023. C. 43–51. https://doi.org/10.31857/S0023420622060115
  6. Янчуковский В.Л. Реакция атмосферы на средних широтах на спорадические вариации космических лучей // Солнечно-земная физика. Т. 10. № 4. С. 1–8. 2024. https://doi.org/10.12737/szf-101101101
  7. Abreu J.A., Beer J., Ferriz-Mas A. Past and future solar activity from cosmogenic radionuclides // In Astronomical Society of the Pacific Conference Series: Soho-23: Understanding a Peculiar Solar Minimum. V. 428. P. 287–295. 2010.
  8. Barnard L., Lockwood M., Hapgood M.A., Owens M.J., Davis C.J., Steinhilber F. Predicting space climate change // Geophys. Res. Lett. V. 38. L16103. 2011. https://doi.org/10.1029/2011GL048489
  9. Belov A., Eroshenko E., Yanke V., Oleneva V., Abunin A., Abunina M., Papaioannou A., Mavromichalaki E. The Global Survey Method applied to Ground Level Cosmic Ray Measurements // Solar Physics. V. 293. Article number 68. 2018. https://doi.org/10.1007/s11207-018-1277-6
  10. Bisschoff D., Potgieter M.S., Aslam O.P.M. New very local interstellar spectra for electrons, positrons, protons and light cosmic ray nuclei // The Astrophysical Journal. V. 878. № 1. Article number 59. 2019. https://doi.org/10.3847/1538-4357/ab1e4a
  11. Biswas A., Karak B.B., Usoskin I., Weisshaar E. Long-Term Modulation of Solar Cycles // Space Science Reviews. V. 219. Article number 19. 2023. https://doi.org/10.1007/s11214-023-00968-w
  12. Bonev B.P., Penev K.M., Sello S. Long-term solar variability and the solar cycle in the 21st century // The Astrophysical Journal. V. 605. № 1. L81–L84. 2004. https://doi.org/10.1086/420695
  13. Caballero-Lopez R.A., Moraal H. // Limitations of the force field equation to describe cosmic ray modulation. // JGRA. V. 109. Issue A1. A01101. 2004. https://doi.org/10.1029/2003JA010098
  14. Gleeson L.J., Axford W.I. Solar Modulation of Galactic Cosmic Rays // Astrophys. J. V. 154. P. 1011. 1968. https://doi.org/10.1086/149822
  15. Clilverd M.A., Clarke E., Ulich T., Rishbeth H., Jarvis M.J. Predicting Solar Cycle 24 and beyond // Space Weather. V. 4. S09005. 2006. https://doi.org/10.1029/2005SW000207
  16. Gray L.J., Beer J., Geller M., Haigh J.D., Lockwood M., Matthes K., Cubasch U., Fleitmann D., Harrison G., Hood L. et.al. Solar influences on climate // Reviews of Geophysics V. 48. Issue 4. RG4001. https://doi.org/10.1029/2009RG000282
  17. Gulev S.K., Thorne P.W. Climate change 2021: The physical science basis. // 6th AR IPCC. London: Cambridge University Press. P. 422. 2023. https://doi.org/10.1017/9781009157896.004
  18. Herrera V.M.V., Soon W., Legate D.R. Does Machine Learning reconstruct missing sunspots and forecast a new solar minimum? // Advances in Space Research. V. 68. Issue 3. P. 1485–1501. 2021. https://doi.org/10.1016/j.asr.2021.03.023
  19. Hiremath K., 2008. Prediction of solar cycle 24 and beyond // Astrophys. Space Sci. V. 314. P. 45–49. https://doi.org/10.1007/s10509-007-9728-9
  20. Karak B.B., Miesch M. “Solar Cycle Variability Induced by Tilt Angle Scatter in a Babcock–Leighton Solar Dynamo Model” // The Astrophysical Journal. V. 847. Article number 69. 2017. https://doi.org/10.3847/1538-4357/aa8636
  21. Kniveton D.R. Precipitation, cloud cover and Forbush decreases in galactic cosmic rays // J. Atmos. Solar Terr. Phys. V. 66. Issues 13–14. P. 1135–1142. 2004. https://doi.org/10.1016/j.jastp.2004.05.010
  22. Knudsen M.F., Riisager P., Jacobsen B.H., Muscheler R., Snowball I., Seidenkrantz M.S. Taking the pulse of the Sun during the Holocene by joint analysis of (14)C and (10) Be // Geophys. Res. Lett. V. 36. L16701. 2009. https://doi.org/10.1029/2009GL039439
  23. Lockwood M. Solar change and climate: An update in the light of the current exceptional solar minimum. // Proc. R. Soc. A. V. 466. Issue 2114. P. 303–329. 2010. https://doi.org/10.1098/rspa.2009.0519
  24. Lockwood M., Owens M.J., Barnard L., Davis C.J., and Steinhilber F. The persistence of solar activity indicators and the descent of the Sun into Maunder Minimum conditions // Geophys. Res. Lett. V. 38. Issue 22. L22105. 2011. https://doi.org/10.1029/2011GL049811
  25. Moraal H. Cosmic-ray modulation equations // Space Sci. Rev. V. 176. P. 299–319. 2013. https://doi.org/10.1007/s11214-011-9819-3
  26. Morner N.A. The approaching new grand solar minimum and little ice age climate conditions // Natural Science. // V. 7. P. 510–518. 2015. http://dx.doi.org/10.4236/ns.2015.711052
  27. Nasirpour M.H., Sharifi A., Ahmadi M. Revealing the relationship between solar activity and COVID-19 and forecasting of possible future viruses using multi-step autoregression (MSAR) // Environmental Science and Pollution Research V. 28. P. 38074–38084. 2021. https://doi.org/10.1007/s11356-021-13249-2
  28. Palle E., Butler C.J., O’Brien K. The possible connection between ionization in the atmosphere by cosmic rays and low level clouds // J. Atm. Solar-Terr. Phys. V. 66. P. 1779–1790. 2004. https://doi.org/10.1016/j.jastp.2004.07.041
  29. Poluianov S.V., Kovaltsov G.A., Mishev A.L., Usoskin I.G. Production of cosmogenic isotopes 7Be, 10Be, 14C, 22Na, and 36Cl in the atmosphere: Altitudinal profiles of yield functions // J. Geophys. Res. Atmos. V. 121. P. 8125‒8136. 2016. https://doi.org/10.1002/2016JD025034
  30. Rigozo N.R., Nordemann D.J.R., Echer E., Echer M.P.S., Silva H.E. Prediction of solar minimum and maximum epochs on the basis of spectral characteristics for the next millennium // Planetary and Space Science. V. 58. P. 1971–1976. 2010. https://doi.org/10.1016/j.pss.2010.09.020
  31. Salvador R.J. A mathematical model of the sunspot cycle for the past 1000 yr // Pattern Recogn. Phys. V. 1. P. 117–122. 2013. https://doi.org/10.5194/prp-1-117-2013
  32. Steinhilber F., Abreu J.A., Beer J. Solar modulation during the Holocene // Astrophys. Space Sci. Trans. V. 4. P. 1–6. 2008. https://doi.org/10.5194/astra-4-1-2008
  33. Steinhilber F., Beer J. Prediction of solar activity for the next 500 years // J. Geophys. Res. Space Physics. V. 118. P. 1861–1867. 2013. https://doi.org/10.1002/jgra.50210
  34. Stuiver M., Reimer P.J., Braziunas T. High-precision radiocarbon age calibration for terrestrial and marine samples // Radiocarbon, V. 40. № 3. P. 1127‒1151. 1998. https://doi.org/10.1017/S0033822200019172
  35. Tinsley B.A., Zhou L. Initial results of a global circuit model with stratospheric and tropospheric aerosols // J. Geophys. Res. V. 111. D16205. 2006. https://doi.org/10.1029/2005JD006988
  36. Tinsley B.A. A working hypothesis for connections between electrically-induced changes in cloud microphysics and storm vorticity, with possible effects on circulation // Adv. Space Res. 2012. V. 50. Issue 6. P. 791–805. https://doi.org/10.1016/j.asr.2012.04.008
  37. Usoskin I.G. A history of solar activity over millennia // Living Rev. Sol. Phys. V. 14. Article number 3. 2017. https://doi.org/10.1007/s41116-017-0006-9
  38. Vinos J. Climate of the Past, Present and Future. A Scientific Debate // Madrid: Critical Science Press. 279 p. 2022. https://judithcurry.com/wp-content/uploads/2022/09/Vinos-CPPF2022.pdf
  39. Vos E.E., Potgieter M.S. New Modeling of Galactic Proton Modulation during the Minimum of Solar Cycle 23/24 // Astrophys. J. V. 815. № 2. Article number 119. 2015. 10.1088/0004-637X/815/2/119' target='_blank'>https://doi.org/doi: 10.1088/0004-637X/815/2/119
  40. Xepapadeas A. Uncertainty and climate change: The IPCC approach vs decision theory // Journal of Behavioral and Experimental Economics. V. 109. 102188. 2024. https://doi.org/10.1016/j.socec.2024.102188
  41. Yanke V.G., Belov A.V., Gushchina R.T., Kobelev P.G., Trefilova L.A. “Forecast of Modulation of Cosmic Rays with Hardness of 10 GV in the 25th Solar Activity Cycle” // Geomagnetism and Aeronomy. V. 64. No. 2. P. 201–210. 2024. https://doi.org/10.1134/S0016793223601072

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Долгосрочные прогнозы числа солнечных пятен RZ согласно табл. 1. Непрерывной линией соединены максимумы числа солнечных пятен для каждого прогноза. Для прогноза [Barnard et al., 2011] приведен также коридор ошибок. На верхней панели показаны все имеющиеся 9 прогнозов, на нижней панели – 3 выделенных прогноза.

Скачать (402KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Реконструированный до ~2000 года и прогнозируемый потенциал ϕ солнечной модуляции космических лучей для двух моделей прогноза (FFT и WTAR) на период 2000–2500 годы (22-летнее сглаживание) [Steinhilber et al., 2013] и прогноз потенциала из работы [Barnard et al., 2011]. Вставкой показаны среднегодовые значения потенциала солнечной модуляции КЛ по данным наземной сети нейтронных мониторов [Usoskin et al., 2017].

Скачать (141KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Сравнение экспериментально найденных методом GSM амплитуды вариаций v галактических космических лучей жесткостью 10 ГВ за пределами магнитосферы и вариаций, определяемые моделью vmodel (1). Показаны также невязки модели v-vmodel.

Скачать (241KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Сравнение прогнозируемых вариаций/интенсивности для 10 ГВ (левая/правая шкала) на орбите Земли в текущем столетии для трех прогнозов числа солнечных пятен [Herrera et al., 2021; Nasirpour et al., 2021; Vinos, 2022]. Непрерывной линией соединены максимумы вариаций (минимумы интенсивности) для прогноза [Vinos, 2022]. Схематически показана интенсивность КЛ в межзвездной среде JLIS .

Скачать (334KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Восстановленная интенсивность космических лучей J1AU (левая шкала) и их вариации (правая шкала) на орбите Земли по прогнозируемому потенциалу солнечной модуляции космических лучей для трех моделей прогноза: [Steinhilber et al., 2013] − (FFT и WTAR) и [Barnard et al., 2011] (рис. 2).

Скачать (131KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025