Hysteresis Phenomena in the Relationship between the Cosmic Ray Cutoff Rigidity and Parameters of the Magnetosphere during a Storm on May 15, 2005

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Variations in the cutoff rigidities of cosmic rays (ΔR) depending on the parameters of the solar
wind, the interplanetary magnetic field (IMF), and geomagnetic activity were studied at different phases of
the strong magnetic storm on May 15, 2005. We found that the trajectories ΔR, i.e., the successive values that
ΔR takes depending on the parameters under study during the main phase of the storm did not coincide with
the trajectories in the recovery phase, which led to the formation of hysteresis loops. The clearest hysteresis
loops are formed for the relationship between ΔR and the Bz component of the IMF, the density and pressure
of the solar wind, and the Dst index of geomagnetic activity. The area of the hysteresis loops increases with
the latitude of the cosmic ray observation station.

About the authors

O. A. Danilova

St. Petersburg Branch of the Pushkov Institute of Terrestrial Magnetism, the Ionosphere, and Radio Wave Propagation,
Russian Academy of Sciences (SPbF IZMIRAN)

Email: md1555@mail.ru
St. Petersburg, 199397 Russia

N. G. Ptitsyna

St. Petersburg Branch of the Pushkov Institute of Terrestrial Magnetism, the Ionosphere, and Radio Wave Propagation,
Russian Academy of Sciences (SPbF IZMIRAN)

Email: nataliaptitsyna@ya.ru
St. Petersburg, 199397 Russia

M. I. Tyasto

St. Petersburg Branch of the Pushkov Institute of Terrestrial Magnetism, the Ionosphere, and Radio Wave Propagation,
Russian Academy of Sciences (SPbF IZMIRAN)

Author for correspondence.
Email: mtyasto@mail.ru
St. Petersburg, 199397 Russia

References

  1. – Атабеков Г.И. Теоретические основы электротехники. Линейные электрические цепи. СПб.: Лань, 592 с. 2009.
  2. – Белов С.М., Зобнин Г.И., Янке В.Г. Kалькулятор жесткостей геомагнитного обрезания космических лучей и траекторий их движения // Изв. РАН. Сер. Физич. Т. 85. № 11. С. 1637–1641. 2021. https://doi.org/10.31857/S0367676521110065
  3. – Гвоздевский Б.Б., Белов А.В., Гущина Р.Т., Ерошенко Е.А., Данилова О.А., Янке В.Г. Особенности долговременных изменений жесткостей геомагнитного обрезания космических лучей наклонных направлений // Proc. XLI Annual Seminar “Physics of Auroral Phenomena”. Apatity. С. 80–83. Polar Geophysical Institute. 2018.
  4. – Гвоздевский Б.Б., Абунин А.А., Кобелев П.Г., Гущина Р.Т., Белов А.В., Ерошенко Е.А., Янке В.Г. Магнитосферные эффекты космических лучей. I. Долговременные изменения жесткостей геомагнитного обрезания для станций мировой сети нейтронных мониторов // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 56. № 4. С. 411–422. 2016.
  5. – Дворников В.М., Сдобнов В.Е. Модификация метода спектрографической глобальной съемки для изучения вариаций планетарной системы жесткостей геомагнитного обрезания // Изв. АН СССР. Сер. Физ. Т. 55. № 10. С. 1988–1991. 1991.
  6. – Кичигин Г.Н., Кравцова М.В., Сдобнов В.Е. Параметры токовых систем в магнитосфере по данным наблюдений космических лучей в период магнитной бури в июне 2015 г. // Солнечно-земная физика. Т. 3. № 3. S. 15–19. 2017. https://doi.org/10.12737/szf-33201702
  7. – Кравцова М.В., Сдобнов В.Е. Спорадические события в космических лучах в первой половине 2012 г.// Солнечно-земная физика. Вып. 23. С. 58–63. 2013.
  8. – Кравцова М.В., Олемской С.В., Сдобнов В.Е. Космические лучи в период Форбуш - эффектов в марте 1989 г. и в марте 1991 г.: спектры вариаций, анизотропия и вариации жесткости геомагнитного обрезания // Геомагнетизм и аэрономия. 2020. Т. 60. № 4. С. 448–456. 2020. https://doi.org/10.31857/S0016794020040082
  9. – Красносельский М.А., Покровский А.В. Системы с гистерезисом. М.: Наука, 271 с. 1983.
  10. – Птицына Н.Г., Данилова О.А., Тясто М.И., Сдобнов В.Е. Влияние параметров солнечного ветра и геомагнитной активности на вариации жесткости обрезания космических лучей во время сильных магнитных бурь // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 59. № 5. С. 569–577. 2019. https://doi.org/10.1134/S0016794019050092
  11. – Птицына Н.Г., Данилова О.А., Тясто М.И. Kорреляция жесткости обрезания космических лучей с параметрами гелиосферы и геомагнитной активности на разных фазах магнитной бури в ноябре 2004 г. // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 60. № 3. С.281–292. 2020. https://doi.org/10.31857/S0016794020020145
  12. – Птицына Н.Г., Данилова О.А., Тясто М.И. Явления гистерезиса в жесткости обрезания космических лучей во время супербури 7–8 ноября 2004 г.// Геомагнетизм и аэрономия. Т. 61. № 4. С. 418–427. 2021a. https://doi.org/10.31857/S0016794021040131
  13. – Птицына Н.Г., Данилова О.А., Тясто М.И., Сдобнов В.E. Динамика жесткости обрезания космических лучей и параметров магнитосферы во время различных фаз бури 20 ноября 2003 г. // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 61. № 2. С. 160–171. 2021б. https://doi.org/10.31857/S0016794021010120
  14. – Серенсен С.В., Когаев В.П., Шнейдерович Р.М. Несущая способность деталей машин. М.: Машиностроение. 354 с. 1975.
  15. – Тясто М.И., Данилова O.A., Вернова Е.С., Птицына Н.Г., Дворников В.М., Сдобнов В.Е., Юччи Н., Паризи М., Виллорези Дж. Жесткости обрезания космических лучей в период магнитных бурь: сравнение магнитосферных моделей // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 44. № 3. С. 296–302. 2004.
  16. – Тясто М.И., Данилова O.A., Дворников В.M., Сдобнов В.E. Отражение параметров солнечного ветра в жесткости геомагнитного обрезания космических лучей в период сильной магнитной бури в ноябре 2003 // Геомагнетизм и аэрономия. Т.48. № 6. С. 723–740. 2008.
  17. – Янчуковский В. Л., Филимонов Г. Я. Результаты многоканальной регистрации космических лучей нейтронным монитором // Изв. РАН. Сер. Физич. Т. 63 №2 С.409–412. 2000.
  18. – Янчуковский В.Л. Параметры магнитосферы по данным наземного мониторинга космических лучей // Интерэкспо геосибирь. Т. 4. № 1. С. 210–214. 2017.
  19. – Adriani O., Barbarino G.C., Bazilevskaya G.N., Bellotti R. et al. PAMELA’s measurements of geomagnetic cutoff variations during the 14 December 2006 // Space Weather. V. 14. № 3. 2016. https://doi.org/10.1002/2016SW001364
  20. – Belov A., Baisultanova L., Eroshenko E., Mavromichalaki H., Yanke V., Pchelkin V., Plainaki C., Mariatos G. Magnetospheric effects in cosmic rays during the unique magnetic storm on November 2003 // J. Geophys. Res. V. 110. A09S20. 2005. https://doi.org/10.1029/2005JA011067
  21. – Bisi M.M., Breen A.R., Jackson B.V. et al. From the Sun to the Earth: The 13 May 2005 coronal mass ejection // Sol. Phys. V. 265. № 1. P 49–127. 2010. https://doi.org/10.1007/s11207-010-9602-8
  22. – Flueckiger E.O., Shea M.A., Smart D.F. On the latitude dependence of cosmic ray cutoff rigidiy variations during the initial phase of a geomagnetic storm // Proc. of the 20th Int. Conf. Cosmic Rays. 2–15 Aug 1987. Moscow. USSR. V. 4. P. 216. 1987.
  23. – Kress B.T., Mertens C.J., Wiltberger M. Solar energetic particle cutoff variations during the 29–31 October 2003 geomagnetic storm // Space Weather. V. 8. S05001. 2010. https://doi.org/10.1029/2009SW000488
  24. – Kress B.T., Hudson M.K., Selesnick R.S., Mertens C.J., Engel M. Modeling geomagnetic cutoffs for space weather applications // JGR Space physics V. 120. № 7. P. 5694–5702. 2015. https://doi.org/10.1002/2014JA020899
  25. – Kudela K., Bucik R., Bobik P. On transmissivity of low energy cosmic rays in the disturbed magnetosphere // J. Adv. Space Res. V. 42. № 7. P. 1300–1306. 2008.
  26. – Leske R.A., Mewaldt R.A., Stone E.C., von Rosenvinge T.T. Observations of geomagnetic cutoff variations during solar energetic particle events and implications for the radiation environment at the space station // J. Geophys. Res. V. 106. P. 30011–30022. 2001. https://doi.org/10.1029/2000JA000212
  27. – McCracken K.G., Rao U.R., Shea M.A. The trajectories of cosmic rays in a high degree simulation of the geomagnetic field // M.I.T. Tech. Rep. 77. Lab. Nucl. Sci. and Eng., Mass. Inst. of Technol. Cambridge. 146 p. 1962.
  28. – Shea M.A., Smart D.F., McCracken K.G. A study of vertical cutoff rigidities using sixth degree simulations of the geomagnetic field // J. Geophys. Res. V. 70. P. 4117–4130. 1965.
  29. – Tsyganenko N.A. A model of the near magnetosphere with a dawn-dusk asymmetry: 1. Mathematical structure // J. Geophys. Res. V. 107. A8. P. 1176. 2002a. https://doi.org/10.1029/2001JA000219
  30. – Tsyganenko N.A. A model of the near magnetosphere with a dawn-dusk asymmetry: 2. Parametrization and fitting to observation. // J. Geophys. Res. V. 107. A8. P. 1179. 2002b. https://doi.org/10.1029/2001JA000220
  31. – Tsyganenko N.A., Sitnov M.I. Modeling the dynamics of the inner magnetosphere during strong geomagnetic storms // J. Geophys. Res. V. 110. A03208. 2005. https://doi.org/10.1029/2004JA010798
  32. – Tyasto M.I., Danilova O.A., Ptitsyna N.G., Sdobnov V.E. Variations in cosmic ray cutoff rigidities during the great geomagnetic storm of November 2004 // Adv. Space Res. V. 51. № 7. P. 1230–1237. 2013. https://doi.org/10.1016/j.asr.2012.10.025

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2.

Download (173KB)
Indexing metadata
3.

Download (269KB)
Indexing metadata
4.

Download (246KB)
Indexing metadata
5.

Download (446KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2023 О.А. Данилова, Н.Г. Птицына, М.И. Тясто