什么是宇宙线地磁效应
地磁场对宇宙线粒子运动轨道的影响,又称宇宙线地磁调制。
磁刚度
宇宙线研究中常用的反映带电粒子运动轨道抗拒磁场影响的物理量,磁刚度越大,在地磁场中偏转的角度越小。一个动量为P、电荷数为Z的带电粒子的磁刚度为:
其中c为光速,e为电子电荷。当动量以电子伏/光速为单位时,磁刚度在数值上等于单位电荷的动量,单位是伏特。
截止刚度
在某一地磁纬度λ处,从无穷远来的带电粒子,必须具备一定的磁刚度值,才能沿某一方向入射到地球。这一磁刚度值称为该方向的截止刚度。史笃默理论证明,在地球偶极磁场中,垂直于磁力线方向的截止刚度约为:
Rc=1.5×1010cos4λ(伏),
在磁赤道上Rc≈1.5×1010伏。随着磁纬的增加,截止刚度减小。在同一磁纬,从西边入射的正粒子比从东边入射的粒子的截止刚度小。
史笃默理论只是一种偶极磁场近似。要精确计算截止刚度,还必须考虑地球内部和外部非偶极场的影响,同时还要考虑固体地球对宇宙线粒子的吸收,即所谓影子效应。这就需要对粒子运动轨道进行数值积分。用这种数值方法计算出来的北京宇宙线台的垂直截止刚度约为9.68×109伏。
宇宙线强度的磁纬度效应
地磁场是宇宙线的天然能谱分析仪。在地磁两极区,从低能到高能粒子均能沿磁力线进入地球,但在低纬地区,只有能量较高的粒子才能克服地磁场影响进入地球。由于高能宇宙线强度是随能量增大而降低的,因此低纬地区的宇宙线强度比高纬区低。高纬度宇宙线强度比低纬度处高出一倍以上,但到磁纬60°左右,强度不再变化,形成一个“膝盖”形,如图所示。
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