Μοντελοποίηση του ενεργειακού φάσματος των ενεργητικών κοσμικών σωματιδίων με δεδομένα από τους μετρητές νετρονίων

Abstract

In this thesis the galactic cosmic ray spectrum during Forbush decreases was studied by using daily cosmic ray data of the neutron monitor stations obtained from the High resolution neutron monitor database (NMDB). Following the method of the coupling coefficients as considered by Wawrzynczak and Alania (2010), the cosmic ray intensity in the heliosphere and the spectral index were calculated for different Forbush decreases. Also the solar, interplanetary and geomagnetic activity which associated by the selected episode of Forbush decreases were studied analytically. In this work according to Wawrzynczak and Alania (2010) the daily galactic cosmic ray intensity in the heliosphere during the Forbush decreases was calculated for various values of spectral index (γ) in a particular range (0.5-2 with step 0.01) by using the program of Matlab. Αn acceptable γ has to be corresponded to the values of the cosmic ray intensity in the heliosphere that are almost the same for all neutron monitors due to the fact that they are independent of topical characteristics. For the calculations of spectral index three different coupling functions were applied in order to find out the most appropriate coupling function for the calculation of the cosmic ray spectrum. Firstly the total function of Clem and Dorman (2000), secondly the function of Belov and Struminsky (1997) including a separate term E^3.17 extending the first for low kinetic energies to the neutron monitors with rigidity between 1GV < Rc< 2.78 GV, were found to be suitable for the study of Forbush decreases. Finally, the recently established yield function of Mishev et al. (2013) was applied first time for Forbush decreases. The results and the calculations of this thesis for the cosmic ray energy spectrum are very important for Space Weather applications.

Στην παρούσα διατριβή μελετήθηκε το ενεργειακό φάσμα της γαλαξιακής κοσμικής ακτινοβολίας κατά την διάρκεια μειώσεων Forbush χρησιμοποιώντας δεδομένα από την Υψηλής Ανάλυσης Βάση Μετρητών Νετρονίων (NMDB). Ακολουθώντας την μέθοδο Wawrzynczak and Alania (2010) που βασίζεται στις συναρτήσεις σύζευξης υπολογίστηκε η ένταση της κοσμικής ακτινοβολίας στην ηλιόσφαιρα και ο ενεργειακός εκθέτης για διάφορα επεισόδια μειώσεων Forbush. Επίσης μελετήθηκε αναλυτικά η ηλιακή, διαπλανητική και γεωμαγνητική δραστηριότητα που σχετίζεται με τα συγκεκριμένα επεισόδια. Σε αυτή την εργασία ακολουθώντας την μέθοδο Wawrzynczak and Alania (2010) υπολογίστηκε η ημερήσια ένταση της γαλαξιακής κοσμικής ακτινοβολίας στην ηλιόσφαιρα κατά την διάρκεια μειώσεων Forbush για ένα ορισμένο εύρος τιμών του ενεργειακού εκθέτη (γ) από (0.5-2 με βήμα 0.01) χρησιμοποιώντας το πρόγραμμα της Matlab. Η αποδεκτή τιμή του ενεργειακού εκθέτη γ αντιστοιχούσε σε εκείνη την τιμή που η ημερήσια ένταση της γαλαξιακής κοσμικής ακτινοβολίας στην ηλιόσφαιρα ήταν σχεδόν η ίδια για όλους τους σταθμούς νετρονίων καθώς είναι ανεξάρτητη από τα τοπικά τους χαρακτηριστικά. Για τον υπολογισμό του ενεργειακού εκθέτη εφαρμόστηκαν τρεις διαφορετικές συναρτήσεις συζεύξεις προκειμένου να βρεθεί η πιο κατάλληλη για τον υπολογισμό του ενεργειακού φάσματος. Η πρώτη συνάρτηση σύζευξης ήταν η γενική συνάρτηση των Clem and Dorman (2000), η δεύτερη ήταν η συνάρτηση των Belov and Struminsky (1997) που περιείχε έναν ξεχωριστό όρο E^3.17 προεκτείνοντας την πρώτη στις χαμηλές ενέργειες για μετρητές νετρονίων με δυσκαμψία 1GV < Rc< 2.78 GV, όπου και οι δύο αποδείχθηκαν κατάλληλες για την μελέτη μειώσεων Forbush. Τέλος εφαρμόστηκε για πρώτη φορά σύμφωνα με την βιβλιογραφία η πρόσφατη συνάρτηση των Mishev et al. (2013) σε επεισόδια μειώσεων Forbush. Σε αυτή την διατριβή τα αποτελέσματα και οι υπολογισμοί αυτής του ενεργειακού φάσματος της κοσμικής ακτινοβολίας είναι πολύ σημαντικά για τις εφαρμογές του Διαστημικού Καιρού.