N. Iucci

High-speed solar-wind streams and galactic cosmic-ray modulation

SummaryTwo classes of fast solar-wind streams are identified.Quiet streams, coming from near equatorial holes: stream interface in the initial phase followed by low proton density, quiet interplanetary magnetic field with constant polarity and proton temperature following the wind speed time profile.Perturbed streams, coming from active regions producing type-IV solar flares, for which the previous requirements are not satisfied. Superposed epoch analyses applied on solar-wind speed and neutron monitor intensity show that during the high-speed streams presumably coming from coronal holes the cosmic-ray intensity is depressed; the time behaviour of this depression follows the time profile of the wind speed: for neutron monitors at high latitude ΔI/I≈—K·ΔV, whereK=5·10−5 km−1 s. The perturbed streams are accompanied by Forbush decreases whose amplitude and time behaviour are not directly related to the speed increase.RiassuntoSi identificano due classi di flussi veloci nel vento solare. Iflussi quieti, provenienti da buchi coronali vicini allequatore solare, caratterizzati da una «stream interface» nella fase iniziale e da bassa densità protonica durante lo sviluppo dello stream e campo magnetico interplanetario quieto con polarità costante; landamento temporale della temperatura dei protoni segue quello del vento solare. Iflussi perturbati, provenienti da regioni attive producenti brillamenti solari accompagnati da radioemissione di tipo IV, per i quali le caratteristiche precedenti non sono soddisfatte. Le analisi di epoche sovrapposte eseguite sul vento solare e sullintensità registrata dai rivelatori a terra per neutroni mostra che durante i flussi veloci di vento solare denominati quieti lintensità dei raggi cosmici è depressa; landamento temporale di questa depressione segue sità dei raggi cosmici è depressa; landamento temporale di questa depressione segue quello del vento solare: per i rivelatori per neutroni ad alte latitudini si trova che ΔI/I≈—K·ΔV, doveK=5·10−5 km−1 s. I flussi perturbati sono accompagnati in vece da diminuzioni di Forbush nei raggi cosmici le cui ampiezze e andamenti temporali non sono direttamente legati allaumento in velocità nel vento solare.РезюмеИдентифицируются два класса потоков солнечного ветра.Снокойные номоку, приходящие из области экваториальных дыр: граница потока в начальной фазе, за коtторой следует малая плотность протонов, спокойное межпланетное магнитное поле с постоянной полярностью и протонная температура следует временному профилю скорости ветра.Возмущенные номоку, приходящие от активных областей, образованных солнечными вспышками IV типа, для которых предыдущие требования не удовлетворяются. Анализ скорости солнечного ветра и интенсивности с нейтронных мониторов показывает, что во время потоков с высокой скоростью, приходящих, по-видимому, из корональных дыр, интенсивность космических лучей подавляется; временное поведение этого подавления следует временному профилю скорости ветра: для нейтронных мониторов для высоких широт ΔI/I≈—KΔV, гдеK=5·10−5 км−1 сек. Возмущенные потоки сопровождаются уменьшениями Форбуша, амплитуда и временное поведение которых непосредственно не связаны с увеличением скорости.

Forbush decreases: Origin and development in the interplanetary space

SummaryA complete catalogue of type-IV radiobursts and Forbush decreases (high-latitude neutron monitor data) occurred in the period 1957–1969 is presented. Solar flares are found to produce Forbush decreases only provided that they are accompanied by type-IV radioemission developed in frequency from micrometric to metric wavelengths; the Forbush-decrease amplitude seems to be related to the energy of the radioemission. The observed amplitudes, Sun-Earth transit speeds and recovery times of Forbush decreases are found to be tied to the heliolongitude of the parent solar flares; a detailed analysis of these effects shows that the Forbush-decrease modulated region is essentially a wide 100°÷200° spiral conelike region which extends along the inter-planetary-magnetic-field lines from the Sun to the radially advancing front; therefore, this region co-rotates with the Sun and expands radially. The cosmic-ray depression inside the modulated region is related to the average Sun-Earth orbit transit speed and recovers with a time constant τ≈11 days. Moreover, the time behaviour and the amplitude distribution of Forbush decreases not associated with type-IV solar flares indicate that these events can be produced by type-IV solar flares occurred in the Suns backside.RiassuntoSi presenta un catalogo completo delle radioemissioni di tipo IV e delle diminuzioni di Forbush (registrate da monitori di neutroni ad alta latitudine) avvenuti nel periodo 1957–1969. Si trova che i brillamenti solari producono diminuzioni di Forbush solo se sono accompagnati da radioemissione di tipo IV che si sviluppa in frequenza dalle onde centimetriche alle metriche; lampiezza delle diminuzioni di Forbush sembra essere connessa allenergia della radioemissione. Si trova che le ampiezze, le velocità di transito Sole-Terra e i tempi di recupero delle diminuzioni di Forbush osservate a terra sono legati alle eliolongitudini dei brillamenti solari che le hanno prodotte; lo studio dettagliato di questi effetti mostra che la regione modulata durante una diminuzione di Forbush ha essenzialmente la forma di un cono distorto definito dalle linee di forza a spirale del campo magnetico interplanetario che dal Sole vanno al fronte avanzante radialmente, quindi questa regione coruota col Sole mentre si espande radialmente. La depressione dellintensità dei raggi cosmici dentro la regione modulata è correlata con la velocità media del fronte dal Sole allorbita della Terra e recupera con una costante di tempo τ≈11 giorni. Inoltre, gli andamenti temporali e la distribuzione delle ampiezze delle diminuzioni di Forbush non associate con tipi IV indicano che questi eventi possono essere prodotti da tipi IV avvenuti nellemisfero non visibile del Sole.РезюмеПредлагается полный каталог радиовспышек типа IV и убываний Форбуша (на основе высокоширотных данных с нейтронных мониторов), имевших место в период с 1957 г. по 1969 г. Обнаружено, что солнечные вспышки образуют убывания Форбуша только при условии, что они сопровождаются радиоизлучением типа IV в области длин волн от микрометра до метра. Амплитуда убывания Форбуша, по-видимому, связана с энергией радиоизлучения. Обнаружено, что наблюденные амплитуды, скорости прохождения от Солнца до Земли и времена восстановления убываний Форбуша связаны с гелиодолготой исходных солнечных вспышек. Подробный анализ этих эффектов показывает, что модулированная область убывания Форбуша представляет, по существу, широкую 100°÷200° спиральную конусоподобную область, которая простирается вдоль линий межпланетного магнитного поля от Солнца до радиально расширяющегося фронта. Депрессия космических лучей внутри модулированной области связана со скоростью прохождения от Солнца до Земли и восстанавливается с временной постоянной τ=11 дней. Кроме того, временное поведение и распределение амплитуд убываний Форбуша, не связанных с солнечными вспышками типа IV, указывает на то, что эти события могут быть связаны с солнечными вспышками типа IV, кторые произошли на обратной стороне Солнца.

The longitudinal asymmetry of the interplanetary perturbation producing Forbush decreases

SummaryIt is well known that type-IV solar flares occurring between 0° and 40° East of the central meridian can produce the largest Forbush decreases observed at the Earth,i.e. inside the Forbush decrease modulated region the maximum cosmic-ray modulation is observed in the West (∼20° W) of the flare’s meridian plane. A flare-produced perturbation asymmetric in longitude is required in order to explain this asymmetry. The analysis of the two-step Forbush decreases shows that the first step of the decrease is symmetric with respect to the flare’s meridian plane and it is due to the shock wave which is observed ahead of the interplanetary perturbation; on the contrary the second step is strongly asymmetric, the maximum amplitude being observed at ∼30° W of the flare’s meridian plane, and it seems to be due to the magnetic perturbation following the shock; this perturbation is an irregular and compressed magnetic field, the maximum magnetic-field magnitude is found to be placed West of the flare’s meridian plane. The total Forbush decrease amplitude is correlated (correlation coefficient 0.96) with a perturbation parameter which accounts for the «strength» of the shock and of the following magnetic perturbation. The first step of the decrease is correlated (correlation coefficient 0.88) with the shock «strength».RiassuntoÈ ben noto che i brillamenti solari accompagnati da radioemissione di tipo IV nell’intervallo 0°–40° est possono produrre le maggiori diminuzioni di Forbush osservate alla terra; cioè, dentro la regione interplanetaria interessata dalla dimizuzione di Forbush la massima modulazione dei raggi cosmici è osservata a circa 20° ovest dal piano meridiano del brillamento solare. Per spiegare questa asimmetria si richiede l’esistenza di una perturbazione interplanetaria generata da brillamento che sia di tipo asimmetrico. L’analisi delle diminuzioni di Forbush «a due gradini» mostra che la prima diminuzione ha una dipendenza simmetrica rispetto al piano meridiano del brillamento ed è dovuta all’onda d’urto che è osservata all’inizio della perturbazione stessa. La seconda diminuzione, al contrario, è fortemente asimmetrica poiché la massima ampiezza è osservata a circa 30° ovest del piano meridiano del brillamento; essa sembra essere dovuta alla perturbazione magnetica (caratterizzata dal campo magnetico compresso e irregolare) che segue l’onda d’urto; la massima ampiezza del campo magnetico si trova a ovest del piano meridiano del brillamento. L’ampiezza totale delle diminuzioni di Forbush è correlata (coefficiente di correlazione 0.96) con un parametro empirico della perturbazione che tiene conto dell’importanza dell’onda d’urto e della perturbazione magnetica che segue, mentre il primo «gradino» della diminuzione è correlato (coefficiente di correlazione 0.88) soltanto con il parametro dell’onda d’urto.РрзюмеХорошо известно, что солнечные вспышки типа IV, возникающие в интервале между 0° и 40° к востоку от центрального меридиана, могут порождать большие убывания форбуша, наблюдаемые на Земле, т.е. внутри модулированной области убывания форбуша наблюдается максимальная модуляция космических лучей около 20° к западу от меридианной плоскости солнечной вспышки. Для объяснения этой асимметрии требуется существование межпланетного возмущения, образованного вспышкой, которое является асимметричным по долготе. Анализ двух-ступенчатых убываний форбуша показывает, что первая ступень убывания является симметричной относительно меридианной плоскости вспышки и обусловлена ударной волной, которая наблюдается перед межпланетным возмущением; напротив, вторая ступень является сильно асимметричной, максимум интенсивности наблюдается около 30° к западу от меридианной плоскости вспымки, и, по-видимому, является результатом магнитного возмущения после ударной волны; это возмущение является иррегулярным и вызывает сжатие магнитного поля. Максимум амплитуды магнитного поля расположен к западу от меридианной плоскости вспышки. Полная амплитуда убывания форбуша коррелирует (коэффициент корреляции 0.96) с параметром возмущения, который характеризует «интенсивность» ударной волны и последующее возмущение магнитного поля. Первая ступень убывания Форбуша коррелирует (коэффициент корреляции 0.88) только с «интенсивностью» ударной волны.

The behaviour of the cosmic-ray equatorial anisotropy inside fast solar-wind streams ejected by coronal holes

SummaryThe cosmic-ray equatorial anisotropy inside broad high-speed solar-wind streams ejected by coronal holes,i.e. in quasi-stationary condition, is analysed over the years 1973–1974. From the beginning to the end of the stream the amplitudes of the first and second harmonics of the anisotropy are found to decrease remarkably by factors 2.5 and 2.0, respectively, while the phases do not show systematic variations. The development of the stream structure in the interplanetary space together with the Parker theory on the diurnal anisotropy in stationary condition give a plausible explaination for the large variation observed in the first harmonic of the anisotropy. The behaviour of the second harmonic is tentatively interpreted in the light of current theories.RiassuntoSi analizza lanisotropia equatoriale dei raggi cosmici galattici in condizioni quasi stazionarie allinterno di estesi flussi veloci di vento solare emessi da buchi coronali (RHSSs), durante gli anni 1973–1974. Si trova che le ampiezze della prima e della seconda armonica dellanisotropia diminuiscono considerevolmente dallinizio alla fine del RHSS, rispettivamente di 2.5 e di 2.0, mentre le fasi non mostrano variazioni sistematiche. Levoluzione della struttura del RHSS nello spazio interplanetario insieme con la teoria di Parker sulleffetto diurno in condizioni stazionarie fornisce una possibile spiegazione della grande variazione osservata nella prima armonica dellanisotropia equatoriale. Si tenta inoltre dinterpretare landamento della seconda armonica alla luce delle teorie correnti.РезюмеАнализируется экваториальная анизотропия космических лучей, зарегистрированная в течение 1973–1974 г.г. внутри широких быстрых потоков солнечного ветра, испускаемых корональными дырами, т.е. при квазистационарном условии. Обнаружено, что от начала к концы потока амплитуда первой и второй гармоник анизотропии существенно уменьшается соответственно в 2.5 и 2 раза, тогда как фазы не обнаруживают систематических изменений. Анализ структуры потока в межпланетном пространстве вместе с теорией Паркера для суточной анизотропии при стационарном условии дает правдоподобное объяснение для больших изменений, наблюденных в первой гармоники анизотропии. Интерпретируется поведение второй гармоники в свете имеющихся теорий.

Interplanetary disturbances during Forbush decreases

SummaryThe interplanetary perturbations associated with Forbush decreases (FDs) during the period 1965–1974 are studied. The systematic appearance of the results obtained confirms once again that type-IV solar flares are the origin of these perturbations. The front perturbation is a wide (∼100° in longitude) driven shock followed by a magnetic blob and a high-speed plasma cloud of about 0.5 A.U. average radial dimension at the Earth orbit, emitted in a short time interval (<15 h) immediately following the beginning of the type-IV burst. The FD-modulated region is found to be included between two boundary streams which rotate with the Sun; therefore the FD can be observed also in the interplanetary regions which were not swept by the front perturbation. The FD amplitude appears to be correlated with an empiric parameter which caters for the importance of the shock and magnetic blob at the front perturbation.RiassuntoLe perturbazioni interplanetarie associate alle diminuzioni di Forbush (FDs) sono state studiate per il periodo 1965–1974. L’insieme dei risultati ottenuti conferma che i brillamenti solari accompagnati da radioemissione di tipo IV sono all’origine di queste perturbazioni. II fronte della perturbazione è un’onda d’urto di estensione ∼100° in longitudine seguita da campo magnetico esaltato («magnetic blob») e da una nuvola di plasma ad alta velocità, di dimensione media radiale ∼0.5 A.U. all’orbita della Terra, emessa per un intervallo di tempo breve (,15 ore) dopo l’inizio della radioemissione di tipo IV. Si trova che la regione modulata della FD è limitata da due fasci di vento solare veloce che coruotano con il Sole; la FD può essere perciò anche osservata nelle regioni di spazio interplanetario che non sono state investite direttamente dal fronte della perturbazione. L’ampiezza della FD appare correlata con un parametro empirico che tiene conto dell’importanza dell’onda d’urto e del «magnetic blob» presenti al fronte della perturbazione.РезюмеИсследуются межпланетные возмущения, связанные с убываниями Форбуша в течение периода 1965–1974 г.г. Получается систематическое подтверждение того факта, что солнечные вспышки типа IV связаны с этими возмущениями. Фронт возмущения представляет широкую (∼100° по долготе) ударную волну, за которой следует магнитое «пятно» и плазменное облако со средним радиальным размером 0.5 а.е.д. на орбите Земли, испускаемые в течение короткого временного интервала (<15 часов) непосредственно за началом вспышки типа IV. Область, модулированная убываниями Форбуша, заключена между двумя граничными потоками, которые вращаются вокруг Солнца. Таким образом, убывания Форбуша могут наблюдаться также в межпланетных областях, через которые не проходит фронт возмущения. Оказывается, что амплтуда убываний Форбуша коррелирует с змпирическим параметром, который определяет значимость ударной волны и магнитного «пятна» на возмущение Форбуша.

Some properties of so-called magnetic cloud structures in the solar wind

Abstract Three short-term increases observed in the nucleonic component of galactic cosmic rays from April 2 to April 6, 1979 are investigated. Their relation to mesoscale structures of the solar wind and to bidirectional fluxes of low energy (E ≲ 1 MeV ) cosmic rays is analyzed. For each event an isolated rotational structure has been identified in the interplanetary magnetic field (IMF). A good correspondence between such magnetic behaviour and short-term cosmic-ray increases is found. Moreover, cosmic-ray features (nucleonic intensity increases and bidirectional fluxes) suggest for the associated solar-wind structure a spatial dimension bigger than that derived from the IMF-rotational period only.

Detection of solar neutrons by ground-based neutron monitors

SummaryThe analysis of the Rome NM-64 data, performed on the occasion of 8 solar flares accompanied by gamma-bursts and 10 solar flares accompanied by large X-ray fluxes, shows that the solar energetic neutron events could be detected by ground-based stations particularly when they are located at mountain altitude and middle-low latitudes. Suggestions for improving the neutron monitor efficiency for detecting solar neutron events are given.RiassuntoLanalisi dei dati del rivelatore per neutroni di Roma NM-64 effettuata in occasione di 8 brillamenti solari accompagnati da linee gamma e di 10 brillamenti accompagnati da grandi flussi di raggi X mostra che gli eventi di neutroni solari energetici possono essere registrati mediante stazioni di rivelazione al suolo, specialmente quando esse sono situate a quote montane ed a latitudini medio-basse. Si indicano le possibilità di migliorare lefficienza dello strumento per la rivelazione dei neutroni solari.РезюмеАнализ Римских NM-64 данных, полученных для 8 солнечных вспышек, которые сопровождались гамма-вспышками, и для 10 солнечных вспышек, которые сопровождались рентгеновскими вспышками, показывает, что солнечные события для нейтронов большой энергии могут быть зарегистрированы наземыми станциями, особенно, когда они расположены в горах или на средних высотх. Отмечается возможность улучшения эффективности аппаратуры для детектирования солнечных нейтронов.

The ground-level cosmic-ray event of September 29, 1989 as recorded by the rome detectors

SummaryAn extraordinary increase in cosmic-ray intensity has been recorded on September 29, 1989 by the Rome detectors (rigidity threshold ∼6.2 GV). We show the time evolution of the event as recorded at Rome in the nucleonic component and in the total ionizing and muon components; as well as at Campo Imperatore (2300 m a.s.l. near Rome) in the nucleonic component by a special monitor designed for the detection of solar-neutron events. The one-minute time resolution of the Campo Imperatore data offers the possibility to follow in detail the development of the event for most of the time. The possible contribution of solar neutrons to the early phase of the Campo Imperatore event has been not clarified so far, further results may be obtained by the analysis of the multiplicity data registered in the event.

North-South anisotropy during the quasi-stationary modulation of galactic cosmic rays

SummaryHigh-speed solar-wind streams coming from coronal holes produce, in the interplanetary space, a quasi-stationary modulation of galactic cosmic rays. The Rome cosmic-ray group has analysed this modulation taking into account not only the charged-particle isotropic intensity but also the North-South anisotropy (ANS), derived from ground-based measurements. The obtained results for the period October 1964–December 1987 are summarized. Data from the Bartels solar rotation no. 2034 (May 23–June 18, 1982) are used to illustrate theANS phenomenology.

Some properties of flare-not-associated Forbush decreases

SummaryAll the flare-not-associated Forbush decreases (NAFDs) are investigated over the period 1975–1979. The connection between the NAFDs occurrence and the central meridian passage of strong active regions producing great flare-associated FDs confirms the flare origin of the NAFDs. The interplanetary perturbations at the eastern and western boundaries of the modulated region are found to be long-living corotating structures. These structures seem to mark also the boundaries of the region in which the (1⤜4) MeV protons accelerated by interplanetary flare-generated shocks are confined.RiassuntoPer il periodo 1957–1979 si studiano tutte le diminuzioni di Forbush non associate a brillamenti solari con radioemissione di tipo IV. La stretta correlazione tra queste e il passaggio al meridiano centrale di intense regioni che generano diminuzioni di Forbush associate a brillamenti conferma che le diminuzioni di Forbush non associate hanno uneguale origine. Si trova anche che le perturbazioni interplanetarie ai bordi est ed ovest della regione modulata sono strutture corotanti di lunga vita. Queste strutture sembrano definire anche i confini della regione in cui sono contenuti i protoni ((1⤜4) MeV) accelerati da shock interplanetari prodotti da brillamenti solari.РезюмеАнализируются все убывания Форбуша, не связанные с солнечными вспышками в период 1957–1979 г.г. Тесная корреляция между событиями убываний Форбуша, не связанных с солнечыми вспышками, и прохождением центрального меридиана областей высокой активности, которое приводит к сильным убываниям Форбуша, связанным с соленечными вспышками, подтверждает общее происхождение убываний Форбуша, не связанных с солнечными вспышками. Также обнаружено, что межпланетные возмущния на восточной и западной границах модулированной области представляют долгоживущие структры. Эти структры, по-видимому, определяют также границы области, в которой удерживаются протоны (с энергиями (1⤜4) MэB), ускоренные межпланетными ударными волнами, образованными солнечными вспышками.