Непрерывно наблюдаемые наземными детекторами галактических космических лучей периодические 24-часовые колебания интенсивности называются солнечно-суточными вариациями. Природа этих вариаций заключается в существовании в межпланетной среде анизотропного пространственного распределения галактических космических лучей, которая возникает в процессе взаимодействия этих частиц с гелиосферой. Считается, что физическими факторами, ответственными за наблюдаемую анизотропию галактических космических лучей, являются процессы конвекции, диффузии и их дрейфа. Сочетание этих факторов определяет основные параметры солнечно-суточных вариаций, такие как амплитуда, фаза и энергетический спектр. Для исследования энергетического спектра солнечно-суточных вариаций использованы данные измерений мюонных телескопов Якутского спектрографа космических лучей им. А. И. Кузьмина и станции Нагоя (Япония). Подход к исследованию основан на идее метода скрещенных телескопов, изначально предназначенного для учета температурного эффекта. Из-за разницы приемных характеристик скрещенных северных и южных направлений вышеуказанных мюонных телескопов регистрируемые ими вариации интенсивности чувствительны к изменению энергетического спектра солнечно-суточных вариаций. Это свойство использовано для оценки динамики энергетического спектра солнечно-суточных вариаций за 22-25 циклов солнечной активности. Анализ полученных данных показал, что в последнем минимуме солнечной активности в 2018-2021 гг. наблюдалась аномально ранняя фаза солнечно-суточных вариаций. Для исследования этого явления проведено моделирование отношения и разности фаз пары северных и южных скрещенных направлений для обоих мюонных телескопов при различных видах и значениях энергетического спектра солнечно-суточных вариаций. Сопоставление модельных расчетов и наблюдательных данных позволило установить, что в периоды минимумов солнечной активности в положительной полярности общего магнитного поля Солнца наблюдается существенное смягчение энергетического спектра солнечно-суточных вариаций. Обсуждаются причины обнаруженного явления.
Periodic 24-hour variations in the intensity of galactic cosmic rays, continuously observed by ground-based detectors, are called solar diurnal variations. The nature of these variations lies in the existence in the interplanetary medium of an anisotropic spatial distribution of galactic cosmic rays, which arises during the interaction of these particles with the heliosphere. It is believed that the physical factors responsible for the observed anisotropy of galactic cosmic rays are the processes of convection, diffusion and their drift. The combination of these factors determines the main parameters of solar diurnal variations, such as amplitude, phase and energy spectrum. To study the energy spectrum of solar-diurnal variations, we used measurement data from muon telescopes of the Yakutsk Cosmic Ray Spectrograph after A.I. Kuzmin and Nagoya stations (Japan). The research approach is based on the idea of the crossed telescope method, originally designed to take into account the temperature effect. Due to the difference in the receiving characteristics of the crossed northern and southern directions of the above muon telescopes, the intensity variations recorded by them are sensitive to changes in the energy spectrum of solar-diurnal variations. This property was used to assess the dynamics of the energy spectrum of solar-diurnal variations for 22-25 cycles of solar activity. Analysis of the data obtained showed that in the last minimum of solar activity in 2018-2021. An anomalously early phase of solar-diurnal variations was observed. To study this phenomenon, we simulated the ratio and phase difference of a pair of northern and southern crossed directions for both muon telescopes for different types and values of the energy spectrum of solar-diurnal variations. A comparison of model calculations and observational data has made it possible to establish that during periods of minimum solar activity in the positive polarity of the general magnetic field of the Sun, a significant softening of the energy spectrum of solar-diurnal variations is observed. The reasons for the discovered phenomenon are discussed.

В данной работе сообщается о разработанных нашей группой в ИКФИА СО РАН методах прогноза негативных проявлений космической погоды на основе наземных измерений космических лучей. Такие проявления регистрируются на Земле в виде понижений галактических космических лучей, известных под названием эффекты Форбуша, различного типа геомагнитных и ионосферных возмущений, а также полярных сияний. Причем последние являются единственным, видимым непосредственно невооруженным глазом человека проявлением космической погоды, а остальные регистрируются только с помощью различных приборов. Все эти явления обусловлены прохождением через орбиту Земли, например, значительных потоков заряженных частиц солнечного и межпланетного происхождения, межпланетных ударных волн, выбросов корональной массы вещества Солнца и высокоскоростных потоков солнечного ветра, которые обусловлены уровнем вспышечной и корональной активности Солнца. Их наличие определяет состояние космической погоды в окрестностях Земли. Для мониторинга состояния околоземного космического пространства мы не только используем данные наземных станций космических лучей, но и привлекаем несколько методов анализа этих измерений. С другой стороны, для верификации событий мы также используем информацию о Dst-индексе состояния геомагнитного поля, а также данные прямых измерений параметров межпланетной среды на космических аппаратах ACE, WIND, SOHO и DSCOVR, находящихся в точке либрации L1. В результате мы создали методы краткосрочного (до 1-3 суток) прогноза наземных проявлений космической погоды. Полученные нами результаты указывают на возможность осуществления в режиме реального времени прогноза начала сильных геомагнитных бурь на основе использования только данных наземных измерений станций космических лучей.
This work reports on the methods developed by our group at ShICRA SB RAS to forecast negative manifestations of space weather from ground-based measurements of cosmic rays. Such manifestations are registered on the Earth in the form of decreases in galactic cosmic rays known as the Forbush effects, various types of geomagnetic and ionospheric disturbances, as well as auroras. Only the latters are directly visible to the naked eye, while the rest can only be detected with the help of various instruments. These occurrences are all caused by passage through the Earth’s orbit, such as the substantial influxes of charged particles from both solar and interplanetary sources, interplanetary shock waves, ejections of solar material and high-speed solar wind streams, all of which are attributed to the level of solar flares and coronal activity. The state of near-Earth space weather is determined by their presence. To monitor this state, we use data collected from ground-based cosmic ray stations and employ multiple methods to analyse these measurements. Additionally, we incorporate data from the Dst-index of the geomagnetic field and measurements of the interplanetary environmental parameters gathered by ACE, WIND, SOHO and DSCOVR spacecraft at the L1 libration point to confirm events. This has led to the development of techniques for predicting terrestrial effects of space weather in the short-term (1-3 days). Our findings suggest that it is feasible to predict the occurrence of severe geomagnetic storms in real-time through the utilisation of solely ground-based measurements from cosmic ray stations.

Кратко приведена история развития исследований вариаций интенсивности космических лучей в ИКФИА СО РАН. Показаны основные моменты становления современной лаборатории космических лучей высоких энергий. Также приводятся некоторые научные результаты, полученные в области исследований вариаций космических лучей.
In the paper the brief history of development of investigations of cosmic ray intensity variations in the Institute of cosmophysical research and aeronomy of SB RAS is given. The basic moments of formation of the modern laboratory of high energy cosmic rays are shown. Moreover, the several scientifi cal results, which were obtained in the fi eld of research of cosmic ray variations, are presented.

Приводятся результаты монито-ринга космических лучей и геомагнитного поля вдоль 210 магнитного меридиана на территории Якутии в первой половине сентября 2017 г. Сооб-щается об установлении энергетического спектра наземного возрастания космических лучей 10 сен-тября J=3027E–1.99exp(–E/729 МэВ). Приводятся результаты прогноза и комплексного анализа маг-нитной бури 7–9 сентября 2017 г. с Dst=–124 нТл. Заблаговременность прогноза составила около су-ток. Рассмотрено ее влияние на изменения элек-трического потенциала и распространение сигналов радиостанций радионавигационной системы РСДН-20 в ОНЧ-диапазоне. Во время магнитной бури 8 сен-тября 2017 г. с 12 до 20 UT в широком диапазоне периодов наблюдались иррегулярные пульсации от Pi3 до Pi1. При этом они сопровождались вариациями величин естественных потенциалов электротеллу-рического и геомагнитного полей с коэффициентом корреляции между ними ρ(Е, Н)=0.5÷0.9. Эффекты магнитной бури проявились в виде повышения затухания и уменьшения фазовой задержки ОНЧ-ра-диосигналов.
We report the results of monitoring of cosmic rays and geomagnetic field along 210 magnetic meridians in Yakutia in the first half of September 2017. The energy spectrum of solar cosmic rays during Ground Level Enhancement in September 10, 2017 is estimated as J=3027E–1.99exp(–E/729 MeV). We present the results of the forecast and complex analysis of the magnetic storm on September 7–9, 2017 with Dst=–124 nT. The forecast lead time is about one day. We examine how the storm affected the electric poten-tial and VLF signal propagation from RSDN-20 radio navigation stations. Irregular Pi3–Pi1 pulsations oc-curred during the September 8, 2017 magnetic storm from 12 to 20 UT. The pulsations were accompanied by variations in electrotelluric potentials and geomag-netic fields with the correlation coefficient between them ρ(E, H)=0.5÷0.9. The effects of the magnetic storm manifested themselves as an increase in the atten-uation and a decrease in the phase delay of VLF radio signals.

Показано, что космические лучи (КЛ) через ионизацию воздуха могут влиять на агрегатные переходы воды в свободной атмосфере и этим самым влиять на изменения атмосферных параметров. Приведены оценки изменений давления из экспериментальных данных по измерениям содержания воды в разрезе атмосферы. По этим оценкам величина возможных колебаний давления от изменений космических лучей в виде Форбуш-понижения галактических космических лучей (ГКЛ) составляет =4.8 мб. Для доказательства такого влияния КЛ проведен анализ данных по приземному давлению в трех разнесенных на большие расстояния пунктах: Москва, Апатиты, Якутск. Из анализа следует, что эффект воздействия ГКЛ на атмосферу одновременно охватывает, по крайней мере, полярные и среднеширотные области Земли. При этом величина эффекта над различными областями может различаться в два-три раза (в Москве ~6 мб., в Якутске 1.5 мб., в Апатитах 3 мб.). При столь большой разнице по амплитуде вид временного хода не имеет существенных различий. Во всех трех пунктах максимум эффекта (увеличение давления) приходится на 13-14 сутки от начала главной фазы Форбуш-эффекта. Его средняя продолжительность во всех пунктах приблизительно одинакова и равна 19-15 сут.