Modulation of Galactic Cosmic Rays from Helium to Nickel in the Inner Heliosphere

被引：36

作者：

Shen, Z. -N. ^{[1
]}

Qin, G. ^{[2
]}

Zuo, Pingbing ^{[1
]}

Wei, Fengsi ^{[1
]}

机构：

[1] Harbin Inst Technol, Inst Space Sci & Appl Technol, Lab Space Weather Storms, Shenzhen 518055, Peoples R China

[2] Harbin Inst Technol, Sch Sci, Shenzhen 518055, Peoples R China

来源：

ASTROPHYSICAL JOURNAL | 2019年 / 887卷 / 02期

关键词：

UNUSUAL SOLAR MINIMUM; NEUTRAL SHEET DRIFT; ENERGY-SPECTRA; ISOTOPIC COMPOSITION; CHARGE COMPOSITION; EMPIRICAL-MODEL; PARTICLE DRIFT; MUON DETECTORS; NUCLEI; PROTON;

D O I：

10.3847/1538-4357/ab5520

中图分类号：

P1 [天文学];

学科分类号：

0704 ;

摘要：

Galactic cosmic-ray (GCR) helium and heavier ions are important sources of space radiation, and their elemental spectra and composition can help us better understand the transport in both the galaxy and the heliosphere. A model based on the numerical solution of Parker's transport equation is used to study the modulation of GCR helium and heavier ions in the inner heliosphere. The model incorporates a modified Parker heliospheric magnetic field, time-dependent diffusion and drift model, time-delayed heliosphere, and randomly determined solar magnetic polarity during solar maximum. We set the outer boundary of modulation at 85 au, and the reference unmodulated GCR energy spectra for GCR helium and heavier ions, which are assumed to have a general form, are determined by fitting the numerical results to the selected GCR measurements, e.g., BESS, ACE/CRIS, HEAO-3-C2, etc. In addition, we use the Sun's polar magnetic field data from NSO/NISP to determine the possibility of A > 0 during the recent solar maximum, and it gives an improved numerical result during the period 2013-2015. Finally, the fitted unmodulated GCR energy spectra are used to study the long-term modulation of GCRs of helium and heavier ions, and the computed results show good agreement with various GCR measurements.

引用

页数：14

共 133 条

[1]

a James F., 1998, CERN Program Library Long Writeups

[2]

ABE K, 2016, APJ, V822, DOI DOI 10.3847/0004-637X/822/2/65

[3] The PAMELA Mission: Heralding a new era in precision cosmic ray physics [J].

Adriani, O. ;

Barbarino, G. C. ;

Bazilevskaya, G. A. ;

Bellotti, R. ;

Boezio, M. ;

Bogomolov, E. A. ;

Bongi, M. ;

Bonvicini, V. ;

Bottai, S. ;

Bruno, A. ;

Cafagna, F. ;

Campana, D. ;

Carbone, R. ;

Carlson, P. ;

Casolino, M. ;

Castellini, G. ;

De Pascale, M. P. ;

De Santis, C. ;

De Simone, N. ;

Di Felice, V. ;

Formato, V. ;

Galper, A. M. ;

Giaccari, U. ;

Karelin, A. V. ;

Kheymits, M. D. ;

Koldashov, S. V. ;

Koldobskiy, S. ;

Krut'kov, S. Yu. ;

Kvashnin, A. N. ;

Leonov, A. ;

Malakhov, V. ;

Marcelli, L. ;

Martucci, M. ;

Mayorov, A. G. ;

Menn, W. ;

Mikhailov, V. V. ;

Mocchiutti, E. ;

Monaco, A. ;

Mori, N. ;

Munini, R. ;

Nikonov, N. ;

Osteria, G. ;

Papini, P. ;

Pearce, M. ;

Picozza, P. ;

Pizzolotto, C. ;

Ricci, M. ;

Ricciarini, S. B. ;

Rossetto, L. ;

Sarkar, R. .

PHYSICS REPORTS-REVIEW SECTION OF PHYSICS LETTERS, 2014, 544 (04) :323-370

[4] MEASUREMENT OF BORON AND CARBON FLUXES IN COSMIC RAYS WITH THE PAMELA EXPERIMENT [J].

Adriani, O. ;

Barbarino, G. C. ;

Bazilevskaya, G. A. ;

Bellotti, R. ;

Boezio, M. ;

Bogomolov, E. A. ;

Bongi, M. ;

Bonvicini, V. ;

Bottai, S. ;

Bruno, A. ;

Cafagna, F. ;

Campana, D. ;

Carbone, R. ;

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Danilchenko, I. A. ;

De Donato, C. ;

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Panico, B. ;

Papini, P. ;

Pearce, M. ;

Picozza, P. ;

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Ricci, M. ;

Ricciarini, S. B. ;

Rossetto, L. .

ASTROPHYSICAL JOURNAL, 2014, 791 (02)

[5] Measurements of cosmic-ray proton and helium spectra with the PAMELA calorimeter [J].

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Barbarino, G. C. ;

Bazilevskaya, G. A. ;

Boezio, M. ;

Bogomolov, E. A. ;

Bonechi, L. ;

Bongi, M. ;

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Gillard, W. ;

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Mocchiutti, E. ;

Monaco, A. ;

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Pearce, M. ;

Picozza, P. ;

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Simon, M. ;

Sparvoli, R. ;

Spillantini, P. ;

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ADVANCES IN SPACE RESEARCH, 2013, 51 (02) :219-226

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Barbarino, G. C. ;

Bazilevskaya, G. A. ;

Bellotti, R. ;

Boezio, M. ;

Bogomolov, E. A. ;

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[7] Precision Measurement of Cosmic-Ray Nitrogen and its Primary and Secondary Components with the Alpha Magnetic Spectrometer on the International Space Station [J].

Aguilar, M. ;

Cavasonza, L. Ali ;

Alpat, B. ;

Ambrosi, G. ;

Arruda, L. ;

Attig, N. ;

Aupetit, S. ;

Azzarello, P. ;

Bachlechner, A. ;

Barao, F. ;

Barrau, A. ;

Barrin, L. ;

Bartoloni, A. ;

Basara, L. ;

Basegmez-du Pree, S. ;

Battarbee, M. ;

Battiston, R. ;

Becker, U. ;

Behlmann, M. ;

Beischer, B. ;

Berdugo, J. ;

Bertucci, B. ;

Bindel, K. F. ;

Bindi, V. ;

de Boer, W. ;

Bollweg, K. ;

Bonnivard, V. ;

Borgia, B. ;

Boschini, M. J. ;

Bourquin, M. ;

Bueno, E. F. ;

Burger, J. ;

Burger, W. J. ;

Cai, X. D. ;

Capell, M. ;

Caroff, S. ;

Casaus, J. ;

Castellini, G. ;

Cervelli, F. ;

Chang, Y. H. ;

Chen, A. I. ;

Chen, G. M. ;

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Chen, Y. ;

Cheng, L. ;

Chou, H. Y. ;

Choumilov, E. ;

Choutko, V. ;

Chung, C. H. ;

Clark, C. .

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Aguilar, M. ;

Cavasonza, L. Ali ;

Alpat, B. ;

Ambrosi, G. ;

Arruda, L. ;

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Aupetit, S. ;

Azzarello, P. ;

Bachlechner, A. ;

Barao, F. ;

Barrau, A. ;

Barrin, L. ;

Bartoloni, A. ;

Basara, L. ;

Basegmez-du Pree, S. ;

Battarbee, M. ;

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Bollweg, K. ;

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Borgia, B. ;

Boschini, M. J. ;

Bourquin, M. ;

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Cadoux, F. ;

Cai, X. D. ;

Capell, M. ;

Caroff, S. ;

Casaus, J. ;

Castellini, G. ;

Cervelli, F. ;

Chae, M. J. ;

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Chen, A. I. ;

Chen, G. M. ;

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Chen, Y. ;

Cheng, L. ;

Chou, H. Y. ;

Choumilov, E. ;

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Chung, C. H. .

PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2018, 121 (05)

[9] Observation of New Properties of Secondary Cosmic Rays Lithium, Beryllium, and Boron by the Alpha Magnetic Spectrometer on the International Space Station [J].

Aguilar, M. ;

Cavasonza, L. Ali ;

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Attig, N. ;

Aupetit, S. ;

Azzarello, P. ;

Bachlechner, A. ;

Barao, F. ;

Barrau, A. ;

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Basegmez-du Pree, S. ;

Battarbee, M. ;

Battiston, R. ;

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Behlmann, M. ;

Beischer, B. ;

Berdugo, J. ;

Bertucci, B. ;

Bindel, K. F. ;

Bindi, V. ;

de Boer, W. ;

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Borgia, B. ;

Boschini, M. J. ;

Bourquin, M. ;

Bueno, E. F. ;

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Cadoux, F. ;

Cai, X. D. ;

Capell, M. ;

Caroff, S. ;

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Cervelli, F. ;

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Chen, G. M. ;

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Choutko, V. ;

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[10] Observation of the Identical Rigidity Dependence of He, C, and O Cosmic Rays at High Rigidities by the Alpha Magnetic Spectrometer on the International Space Station [J].

Aguilar, M. ;

Cavasonza, L. Ali ;

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Arruda, L. ;

Attig, N. ;

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Bachlechner, A. ;

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Bartoloni, A. ;

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Battarbee, M. ;

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Becker, U. ;

Behlmann, M. ;

Beischer, B. ;

Berdugo, J. ;

Bertucci, B. ;

Bindel, K. F. ;

Bindi, V. ;

de Boer, W. ;

Bollweg, K. ;

Bonnivard, V. ;

Borgia, B. ;

Boschini, M. J. ;

Bourquin, M. ;

Bueno, E. F. ;

Burger, J. ;

Burger, W. J. ;

Cadoux, F. ;

Cai, X. D. ;

Capell, M. ;

Caroff, S. ;

Casaus, J. ;

Castellini, G. ;

Cervelli, F. ;

Chae, M. J. ;

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a James F., 1998, CERN Program Library Long Writeups

[2]

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Barbarino, G. C. ;

Bazilevskaya, G. A. ;

Bellotti, R. ;

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Bogomolov, E. A. ;

Bongi, M. ;

Bonvicini, V. ;

Bottai, S. ;

Bruno, A. ;

Cafagna, F. ;

Campana, D. ;

Carbone, R. ;

Carlson, P. ;

Casolino, M. ;

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De Pascale, M. P. ;

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Galper, A. M. ;

Giaccari, U. ;

Karelin, A. V. ;

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Leonov, A. ;

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Osteria, G. ;

Papini, P. ;

Pearce, M. ;

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PHYSICS REPORTS-REVIEW SECTION OF PHYSICS LETTERS, 2014, 544 (04) :323-370

[4] MEASUREMENT OF BORON AND CARBON FLUXES IN COSMIC RAYS WITH THE PAMELA EXPERIMENT [J].

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Bazilevskaya, G. A. ;

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Mikhailov, V. V. ;

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Bottai, S. ;

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Cafagna, F. ;

Campana, D. ;

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Galper, A. M. ;

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SCIENCE, 2011, 332 (6025) :69-72

[7] Precision Measurement of Cosmic-Ray Nitrogen and its Primary and Secondary Components with the Alpha Magnetic Spectrometer on the International Space Station [J].

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Cavasonza, L. Ali ;

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Bartoloni, A. ;

Basara, L. ;

Basegmez-du Pree, S. ;

Battarbee, M. ;

Battiston, R. ;

Becker, U. ;

Behlmann, M. ;

Beischer, B. ;

Berdugo, J. ;

Bertucci, B. ;

Bindel, K. F. ;

Bindi, V. ;

de Boer, W. ;

Bollweg, K. ;

Bonnivard, V. ;

Borgia, B. ;

Boschini, M. J. ;

Bourquin, M. ;

Bueno, E. F. ;

Burger, J. ;

Burger, W. J. ;

Cadoux, F. ;

Cai, X. D. ;

Capell, M. ;

Caroff, S. ;

Casaus, J. ;

Castellini, G. ;

Cervelli, F. ;

Chae, M. J. ;

Chang, Y. H. ;

Chen, A. I. ;

Chen, G. M. ;

Chen, H. S. ;

Cheng, L. ;

Chou, H. Y. ;

Choumilov, E. ;

Choutko, V. ;

Chung, C. H. .

PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2017, 119 (25)

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