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Andamento dei raggi cosmici 2016-2018

Introduzione

In questa pagina viene riportata la tendenza dei raggi cosmici a terra, da ottobre 2016 ad oggi (04.2018). I dati sono stati prelevati dal rivelatore JUNG (Svizzera) appartenente alla rete mondiale di rivelatori di neutroni NMDB e da un rivelatore di muoni AMD5 (Tradate) della rete di ADA.

I dati di AMD5 sono stati messi a confronto con i dati ambientali: temperatura e umidità, non è stato invece possibile (almeno finora) reperire i dati storici della pressione atmosferica.

Come noto, il flusso dei raggi cosmici misurato a terra è variabile, ed è guidato prevalentemente da due fenomeni: il ciclo solare nello spazio e la modulazione dovuta a diversi processi in atmosfera.
Le particelle cosmiche a loro volta influenzano diversi parametri atmosferici e ambientali, ad esempio sono fonte di isotopi radioattivi, contribuiscono alla produzione delle nuvole e influenzano lo sviluppo della vita sul nostro pianeta.

La tendenza dei raggi cosmici

Oltre a osservare la tendenza, il lavoro didattico di analisi è servito per mettere in risalto la relazione tra i parametri ambientali e il flusso di raggi cosmici carichi (muoni) misurato.

Il primo grafico mostra i quattro parametri presi in considerazione, durante il periodo ottobre 2016 - ottobre 2017 che sono:

  • I dati dei neutroni cosmici registrati dal rivelatore JUNG
  • I dati dei muoni registrati dal rivelatore AMD5
  • Temperatura
  • Umidità

Raggi cosmici, temperatura e umidità a confronto (10.2016 - 10.2017)

 

 

L'insieme di questo grafico non è molto esplicativo quindi vediamo le singole componenti di seguito, iniziando dal rivelatore JUNG:

I dati del rivelatore dello Jungfrau in un anno solare (10.2016 - 10.2017).

 

 

I dati esprimono l'andamento dei neutroni cosmici giorno per giorno (conteggi al secondo), la linea nera smussata è la tendenza 'media' del mese (media mobile 9%). I dati dei rivelatori NMDB, in questo caso sono normalizzati per la pressione atmosferica quindi variano prevalentemente in funzione del flusso dei raggi cosmici, significa che i parametri atmosferici non influenzano di molto i risultati nel flusso registrato.

Questo grafico da solo evidenzia che ci sono diverse variazioni nel corso di un anno, da notare il picco negativo prodotto dal solar flare di settembre), la tendenza generale dei raggi cosmici sembra diminuire molto verso la fine del plot.

 

Analisi di regressione dello JUNG

 

 

In effetti il grafico qui sopra conferma che nel periodo preso in esame il flusso delle particelle cosmiche è visibilmente in diminuzione.

 

Veniamo ora ai dati del rivelatore di muoni AMD5:

 

Analisi dei dati registrati durante il periodo ottobre 2016 - ottobre 2017
tramite il rivelatore AMD5.

 

 

In questo caso i dati esprimono l'andamento dei muoni giorno per giorno (conteggi al minuto), la linea nera smussata è sempre la tendenza 'media' del mese (media mobile 9%). I dati dei rivelatori di ADA non sono normalizzati per i parametri atmosferici, quindi prevalentemente variano in funzione del flusso dei raggi cosmici, ma possono essere modulati dai valori di temperatura, pressione e umidità. In generale comunque la genesi dei muoni è diversa da quella dei neutroni, e rispondono a caratteristiche differenti.

Anche questo grafico comunque evidenzia che ci sono diverse variazioni nel corso di un anno, le cose principali che si possono notare sono: i picchi elevati intorno al giorno 20, in cui il loro valore supera di quasi 4 volte sigma (la deviazione standard), sicuramente prodotti da raggi cosmici di energia particolarmente elevata; una specie di concavità appare tra il giorno 200 e il giorno 350 circa (giugno-settembre); anche qui il solar flare di settembre è rappresentato da un picco negativo.
La tendenza generale dei raggi cosmici sembra diminuire molto verso la fine del plot.

 

Analisi di regressione dell' AMD5

 

L'analisi della regressione semplice conferma la tendenza fortemente negativa per il flusso dei raggi cosmici.

 

Il balletto cosmico

Vediamo ora il flusso in funzione dei parametri ambientali, iniziando a mettere a confronto raggi cosmici e temperatura. Per evidenziare meglio l'andamento si è ricorsi a un espediente statistico di normalizzazione. In questo caso è stata plottata la variazione in percentuale rispetto alla media che pertanto assume il valore zero. Un altro metodo utilizzabile in questi casi è quello dello Z-score con cui è possibile confrontare serie di dati di natura diversa (vedere box a lato).

 

Relazione tra temperatura e muoni

 

 

In questo caso il grafico è abbastanza eloquente, la temperatura nel corso dell'anno segue un andamento sinusoidale (in realtà nella fase centrale sembra comparire una sorta di armonica), i raggi cosmici rispondono al variare della temperatura con un effetto opposto. Questo balletto cosmico sembra spiegare la concavità osservata in precedenza. Come avevamo già riportato su queste pagine, la temperatura influisce sul flusso di particelle tramite due distinti e opposti processi.

1.Nei periodi estivi la massa di aria si espande più in alto, ne consegue che i muoni vengono prodotti a quote più alte ed essendo assorbiti prima, la loro intensità diminuisce (Blackett 1938).

2.Con l'aumento della temperatura la densità dell'aria diminuisce, i pioni (che sono i maggiori progenitori dei muoni) tendono a decadere spontaneamente (in muoni) piuttosto che interagire con le molecole di ossigeno o azoto.

In questa osservazione prevale il primo processo.

 

Umidità

Se l'andamento tra muoni e temperatura era già percepibile nel grafico di apertura, la stessa cosa non si può dire per quanto riguarda l'umidità:

 

Relazione tra umidità e muoni

 

Qui a vista è difficile scorgere una relazione, sembra tuttavia che alcuni picchi in aumento per l'umidità corrispondono ai picchi di aumento per i raggi cosmici. Non resta che condurre un'analisi statistica di correlazione:

 

Analisi di crosscorrelation

 

Il risultato di questa tabella dice che i grafici seguono un andamento simile, muoni e umidità in pratica vanno di pari passo con anche un ritardo di un giorno o più giorni per i muoni rispetto all'umidità, sembra che in qualche modo il livello di umidità dell'aria incide sul flusso di muoni misurato.

 

Conclusione

Come abbiamo visto, il flusso dei raggi cosmici è influenzato da quello che è definito effetto stagionale, a questo punto per cercare di ottenere la tendenza dei raggi cosmici, indipendente dai parametri atmosferici, dobbiamo cercare di eliminare tale effetto. Si tratta di un lavoro di normalizzazione tuttaltro che semplice, per questo motivo abbiamo lasciato fare questa attività in automatismo al software di analisi, di cui il risultato più soddisfacente sembra essere il seguente:

 

 

L'andamento ora ricalca più similmente quello del rivelatore di neutroni dello JUNG (preso come riferimento) e non è necessario fare altre analisi per osservare che il flusso nell'ultimo anno è sicuramente in discesa.

Per concludere di seguito l'aggiornamento da ottobre 2017 ad aprile 2018 utilizzando sempre i dati di JUNG:

 

I dati dello JUNG (10.2017-04.2018)

 

Apparentemente l'andamento del grafico - prelevato direttamente dal sito di NEST - sembra essere lineare, un'analisi più accurata rivela che i raggi cosmici in questo periodo sono in leggero rialzo. Osservare il flusso e la tendenza dei raggi cosmici è un metodo per osservare l'attività magnetica solare e tentare anche di prevedere l'andamento del ciclo periodico del Sole che ora si trova nella sua fase di quiete.

M.A.

 

I dati meteorologici sono stati forniti dalla stazione meteo ARPA - Regione Lombardia - di Saronno (VA)

I dati dello JUNG sono stati forniti da: NMDB database (www.nmdb.eu), founded under the European Union's | FP7 programme (contract no. 213007) | Jungfraujoch neutron monitor data were kindly provided by the Physikalisches Institut, University of Bern, Switzerland.

I dati di AMD5 sono stati forniti da: ADA - Astroparticle Detectors Array

 

 

 

 

 


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⚛ In primo piano

ADA raggiunge quota 22

Una splendida notizia corona la lista di novità dell'anno: al Liceo scientifico "Palli" dell'Istituto di Istruzione Superiore Cesare Balbo a Casale Monferrato è stato installato il ventiduesimo rivelatore AMD5 che ora fa parte della nostra rete di rivelatori di raggi cosmici denominata ADA, che si estende tra Italia Svizzera e Lussemburgo. L'iniziativa è partita dal docente di fisica dell'istituto, il professor Roberto Corino che ha appositamente creato un gruppo di lavoro formato da una quindicina di studenti, i quali nel corso degli anni approfondiranno gli studi sui raggi cosmici. Il rivelatore AMD5 sarà anche oggetto della "Festa della Scienza" organizzata dallo stesso Liceo e dedicata alla storia dell'astronomia che si svolgerà dal 23 al 26 gennaio 2020.


Newsletter numero 15

Come ormai ogni fine anno, nella sezione apposita è disponibile l'ultimo numero della newsletter - con grafica rivisitata - che raccoglie: un approfondimento su un argomento, le notizie sui raggi cosmici e alcune delle attività di astroparticelle.it accadute nell'anno appena trascorso.

I. Le dune di Titano sono formate dai raggi cosmici
II. Un anno di notizie in breve
III. News da ADA e astroparticelle.it


rivelatore di muoni

I dati statistici di un intero anno di osservazione col rivelatore AMD5

(impostato nella sua modalità più selettiva)

Summary Statistics for AMD5

Count 367
Average 0.762879
Standard deviation 0.13882
Coeff. of variation 18.1969%
Minimum 0.533898
Maximum 1.31594
Range 0.782042



News dal Mondo


Una tigre al Polo Sud 17.01.2020

L'antartide è un luogo ideale per lo studio dei raggi cosmici, qui periodicamente vengono lanciati grandi palloni stratosferici di lunga permanenza per studiare gli elementi più rari nel flusso dei raggi cosmici. Tra i vari nuclei che arrivano nell'alta atmosfera, circa l'1% è infatti costituito da nuclei pesanti come ferro cobalto e bario, ma per scovarli bisogna volare ai limiti della stratosfera. Super Trans-Iron Galactic Element Recorder (SuperTIGER) è uno di questi palloni che ora ha completato due volte il giro dell'antartide in tre settimane e mezzo e sta ripetendo il volo del 2012 che era durato ben 55 giorni. La ripetizione di questi esperimenti serve per ottenere una maggiore statistica sulle ricerche e cercare di capire come si formano gli elementi pesanti e da dove arrivano. Super Tiger è una collaborazione tra NASA, JPL e due università americane.

Fonte: universetoday.com


20 anni di raggi cosmici al Pierre Auger Observatory 02.12.2019

Centinaia di ricercatori provenienti da tutto il mondo si sono recati in Argentina, per celebrare l'importante anniversario del più grande osservatorio di raggi cosmici del mondo. Ogni novembre, oltre un centinaio di scienziati provenienti da tutto il globo arrivano nella piccola città di Malargüe, in Argentina, sede del Pierre Auger Observatory. L'obiettivo è discutere risultati e piani futuri, ma gli scienziati si sono riuniti anche alla parata del Malargüe Day il 16 novembre, che ha celebrato la fondazione ufficiale della città nel 1950...

 Fonte: APS



☄ Il libro Astroparticelle

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26.09.2013 - Un viaggio scientifico tra i raggi cosmici raccontato attraverso la storia, le invenzioni i rivelatori e gli osservatori; senza trascurare gli effetti che essi producono coinvolgendo numerose discipline scientifiche tra cui astrofisica, geofisica e paleontologia.

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Il metodo dello Z-score per standardizzare le osservazioni:

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