利用羊八井ARGO实验研究太阳磁场和行星际磁场

The study of solar magnetic field and interplanetary magnetic filed is one of the best important goals of the ARGO-YBJ experiment incooperated by Chinese with Italian, located at Yangbajing town, Tibet Autonomous Region, P.R. China. The ARGO-YBJ experiment，a large sensitive area full-coverage RPC array, operated at an altitude of 4300m a.s.l, has a high duty cycle(~ 90%) and wide ?eld of view(~ 2s.r.). For its wider energy range(~ 100GeV-~ 100TeV), lower threthold and long stability in running, the ARGO-YBJ experiment has advantages in the field of cosmic rays. Using the the displacements and deficit of the sun shadows from the ARGO-YBJ experiment together with the moon shadow,we will carry out the investigation of the solar magnetic field and interplanetary field in this program. Firstly，based on the models for solar magnetic field and heliosphere magnetic field, we will study the topology and the large-scale configuration of solar magnetic field and interplanetary magnetic field with the ARGO-YBJ experiment and the simulation of the sun shadow. Secondly, we willl study the reverse polarity of the solar magnetic field and the correlated theory for the maximum of Solar Cycle 24, with the observation of the 5 energy bands of cosmic rays and the corresponding simulation. Lastly, we will study the temperal evolution of the solar magnetic field and interplanetary magnetic field with the simulation and models in a solar cycle. All of these researches will provide the index and referrence for the physical phenomena and processes in the solar physics and space physics.

利用宇宙线日影对太阳磁场和行星际磁场进行研究是中意合作西藏羊八井ARGO实验最重要的物理目标之一。ARGO实验具有高海拔、低能阈、全天候的优势，并且测量能量范围宽、长期运行稳定，已在多个方面取得了大批重要的物理结果。本项目主要利用ARGO实验不断积累的数据，计算分析宇宙线日影的缺失度和偏移效应来研究太阳磁场和行星际磁场。在太阳活动平静时期，利用ARGO实验日影观测结果和模拟结果，结合太阳磁场模型和日球磁场模型，给出太阳磁场和行星际磁场的拓扑性质和大尺度结构；在太阳活动极大时期，基于ARGO实验的日影观测结果和模拟分析，研究讨论太阳磁场的极性反转及其理论模型；在第24太阳活动周期内，分析ARGO实验长期的宇宙线日影观测数据，结合相应的物理模拟和磁场模型，研究给出太阳磁场和行星际磁场随时间的演化。通过这些研究，为太阳表面和日地空间中的各种物理现象及其物理机制提供参考和线索。

宇宙线主要是来自宇宙空间的高能带电粒子流。来自月亮方向和太阳方向的宇宙线，由于月亮和太阳的遮挡，导致来自该方向的宇宙线流强的缺失，形成被地面实验探测到的“阴影”，称为“月影”和“日影”。当这些带电粒子穿越行星际空间到达地球的过程中，会受到太阳磁场和行星际磁场的偏转，因此地面实验对宇宙线阴影的观测，能导出与这些天体有关的磁场信息。利用宇宙线日影和月影对大尺度太阳磁场和行星际磁场的研究是中意合作西藏羊八井ARGO实验的主要目标。ARGO实验具有高海波、低阈能、全天候的优势，并且测量能量范围宽，自从2007年11月以来长期运行稳定(2013年2月停止运行，约半个太阳活动周期)。ARGO已在多个方面取得了重要的物理成果。本项目主要利用ARGO实验不断积累的数据，计算分析宇宙线日影的缺失度和偏移效应并和月影相结合来研究太阳磁场和行星际磁场。.重要数据分析结果（2个世界首次实验结果）：.1.利用ARGO实验在2007年11月-2013年2月内稳定运行的数据，根据太阳的运行轨迹，挑选出分析日影的数据。对以太阳为中心的6度的天区内每0.1度×0.1度的像素内计算出日影缺失统计显著性，首次得出基于季度的日影随着时间的变化。.2.利用迭代拟合的方法拟合得出日影的位置，1.2度为最优化半径计算出日影的缺失事例数。定义此缺失事例数和预期的缺失事例数的比值为缺失比，该缺失比和太阳的曝光量无关。首次得出日影的缺失比随着时间的变化趋势。.3.发现该缺失比与太阳黑子、10.7cm太阳射电流强具有非常好的相关性，相关系数~-0.9左右，根据离散相关计算出该相关性没有时间延迟。.4.发现该缺失比和行星际磁场的变化也有非常好的相关性,相关系数~-0.9，而且二者变化的趋势基本同步。.ARGO实验的相对高的灵敏度使我们首次利用日影来定量研究太阳物理，具有非常重要的意义，而宇宙线日影的缺失比随时间的明显变化，一种物理机制是可以表明宇宙线受太阳活动的调制，太阳磁场由太阳活动极小时期规则的偶极子场，随着太阳活动的增强，太阳磁场越来越复杂，太阳附近的宇宙线越来越多卷入到太阳的视场方向，导致缺失比越来越小。另外一种物理机制是表明宇宙线在到达地球的过程中，受行星际磁场的偏转的影响。表明随着太阳活动的增强，行星际磁场的变化也在相对增强，尤其是2010年的行星际磁场突变，和日影缺失的同步性非常好。