Условия регистрации всплесков высокоэнергичных заряженных

УДК 521(06) Астрофизика и космофизика
Е.С. ВЕДЕРНИКОВА, С.В. КОЛДАШОВ
Московский инженерно-физический институт (государственный университет)
УСЛОВИЯ РЕГИСТРАЦИИ ВСПЛЕСКОВ
ВЫСОКОЭНЕРГИЧНЫХ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ
В ЭКСПЕРИМЕНТАХ НА НИЗКООРБИТАЛЬНЫХ
КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТАХ
С помощью численного моделирования потоков частиц в околоземном космическом пространстве (ОКП) проведен анализ эффективности выделения всплесков
высокоэнергичных заряженных частиц в фоновых потоках частиц в спутниковых
экспериментах.
В последние годы широко обсуждается возможность использования
космических средств для предсказания землетрясений. В частности, предполагается регистрировать различные предвестники землетрясений в
ОКП, в том числе обнаруженное в спутниковых экспериментах МИФИ
новое сейсмомагнитосферное явление  всплески высокоэнергичных заряженных частиц [1, 2]. В настоящее время проводится подготовка специализированных экспериментов, направленных на разработку космической
системы для мониторинга предвестников землетрясений [3]. При этом,
требования к характеристикам такой системы недостаточно определены и
являются предметом изучения.
В данной работе рассмотрены возможности выделения всплесков частиц в фоновых потоках частиц при проведении измерений на низкоорбитальных космических аппаратах (КА). Необходимо отметить принципиальную трудность выделения всплесков частиц на околоземных орбитах,
связанную с модуляцией фоновых темпов счета регистрируемых частиц
при движении КА вдоль орбиты из-за неоднородного пространственного
распределения стационарных потоков частиц (широтные и долготные эффекты, отроги радиационного пояса).
Анализ условий выделения всплесков частиц проводился с помощью
численного моделирования потоков частиц в ОКП по следующей схеме.
Моделировалось движение КА вдоль орбиты. На каждом шаге определялись географические координаты, l, b координаты, жесткость геомагнитного обрезания, по которым вычислялся локальный фоновый поток частиц. Для его расчета применялись стандартные модели: АР-8 и АЕ-8
(протоны и электроны радиационного пояса), модели галактических космических лучей и частиц атмосферного альбедо [4]. Регистрация частиц
ISBN 5-7262-0555-3. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2005. Том 7
47
УДК 521(06) Астрофизика и космофизика
аппаратурой на КА моделировалась с использованием ее характеристик
(геомфактор, апертура) и с учетом статистических флуктуаций пуассоновского потока частиц. Время появления всплесков частиц вдоль орбиты КА
моделировалось случайным образом, амплитуды (I) и длительности
всплесков были заданными и варьировались. В результате расчетов определялись темпы счета частиц вдоль орбиты КА, содержащие информацию
о всплесках и фоновых потоках частиц. Для выделения всплесков частиц
по этим данным использовались различные реализации метода скользящего среднего. В качестве количественного критерия наличия (отсутствия)
всплеска частиц была выбрана разность () между текущим темпом счета
и фоновым темпом счета, выраженная в единицах стандартного отклонения. При этом эффективность выделения всплесков частиц характеризовалась двумя параметрами: вероятностью определения “истинных” всплесков частиц (1) и вероятностью регистрации “ложных” всплесков частиц
(2), вызванных статистическими флуктуациями. Очевидно, что оптимальными для выделения всплесков являются условия, когда 1 близко к 1 и 2
близко к 0.
По данной методике были проведены расчеты для различных орбит КА
(наклонения: 090, высоты: 400900 км), различных характеристик
всплесков частиц и регистрирующей аппаратуры. В результате были
определены зависимости вероятностей 1 и 2 от параметра , что позволило выполнить анализ условий регистрации всплесков частиц и выбрать
оптимальные. В частности, было выявлено, что слабые всплески частиц
(I<3) могут быть надежно (1>90%, 2<5%) зарегистрированы в готовящихся экспериментах [3] при длительности всплесков не менее 30-40 с.
Следует отметить, что всплески частиц сейсмической природы являются
слабыми [2], и полученные результаты демонстрируют возможность
надежного выделения предвестников землетрясений.
Анализ результатов моделирования для разных орбит показал, что
наилучшей с точки зрения выделения всплесков частиц является экваториальная орбита с высотой 400600 км, поскольку в этом случае модуляция фоновых темпов счета частиц оказывается наименьшей.
Список литературы
1. Galper A.M., Koldashov S.V., Voronov S.A. // Advance Space Research. 1995. V.15. Р.131.
2. С.Ю. Александрин и др. //“Известия Академии наук”. Сер. физ. 2001. Т.65. №1. С.400.
3. А.Г. Батищев и др. // Научная сессия МИФИ-2002. Сб. науч. тр. 2002. Т.7. С.42.
4. С.В. Авакян, А.И. Вдовин, В.Ф. Пустарников. Ионизирующие и проникающие излуче
ния в околоземном космическом пространстве. С.Пб. Гидрометеоиздат, 1994, 352 с.
485-7262-0555-3. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2005. Том 7
ISBN