The contribution of nearby supernova remnants on the cosmic ray flux at Earth
本文利用Jansson-Farrar模型研究了银河宇宙射线在银河磁场中的各向异性扩散。本文从两个方面研究了源位置对地球上宇宙线通量的影响：[1]考虑了位于银河系中心半径不同间隔的宇宙线源的贡献;[2]考虑了一些特定的和个别的邻近超新星遗迹的贡献。我们的计算是通过使用一个完全三维的随机方法。这种方法是基于一组随机微分方程的数值解，相当于伊藤制定，描述了银河系宇宙射线的传播。
2020-01-23 astro-ph.GA astro-ph.HE
$ν$SpaceSim: A Comprehensive Simulation Package for Modeling the Measurement of Cosmic Neutrinos using the Earth as the Neutrino Target and Space-based Detectors
本文提出νSpaceSim端到端模拟软件包，以地球为陶中微子靶、大气为信号发生器，模拟宇宙中微子相互作用及切伦科夫和射电信号，用于评估亚轨道和天基探测器的灵敏度并指导下一代实验设计。
2025-09-18 astro-ph.HE astro-ph.IM
The Earth-like Galactic cosmic ray intensity in the habitable zone of the M dwarf GJ 436
银河系宇宙射线是生命背景下重要的高能粒子。许多研究工作都对银河系宇宙射线通过太阳日球层的传播进行了研究。然而，M矮星系统中的宇宙线通量仍然知之甚少。研究银河系宇宙射线通过M矮星的天体层的传播对于理解其对轨道行星的影响是很重要的。在这里，我们重点关注行星系统GJ 436。我们使用一个组合的1D宇宙线传输模型和1D阿尔文波驱动的恒星风模型进行模拟。我们使用两种恒星风设置：一种是磁主导，另一种是热主导。虽然我们的恒星风有相似的磁场和速度分布，但它们的质量损失率却相差两个数量级。正因为如此，它们产生了两种不同的天体层大小，一个比另一个大十倍。在距离小于0.2天文单位的地方，磁主导风比热主导风更能调制银河系宇宙射线，这是由于当地风速较高。在0.2和1 au之间，两种情况下的通量开始收敛。然而，对于距离> 10 au，空间扩散占主导地位，和GeV的宇宙射线的通量几乎是未调制的。我们发现，无论风的制度，银河宇宙射线的流量在宜居带的GJ 436（0.2 - 0.4 AU）是在地球上观察到的强度相媲美。另一方面，在GJ 436 b（0.028天文单位）周围，两种风态都预测银河宇宙线通量比在地球上观测到的值小大约$10^4$倍。
2021-05-19 astro-ph.EP astro-ph.HE astro-ph.SR
Iron Nuclei with Energy of 10^19 eV in Extragalactic Cosmic Rays Near Earth
Lebedev Physical Institute, Russian Academy of Sciences（列别捷夫物理研究所，俄罗斯科学院）
本文研究能量为10^19 eV的河外宇宙射线中铁核的比例，发现即使源红移达0.2，未碎裂到达地球的铁核占比仍约10%，表明远距离源贡献显著。
2026-09-15 astro-ph.HE
Extragalactic cosmic ray sources with very small contribution in the particle flux on the Earth and their study
考虑了可能存在的河外超高能宇宙线源，给出了地球上的一个非常小的粒子通量。围绕超大质量黑洞的粒子加速在电场的吸积盘作为这样的源的一个例子进行了讨论。由于加速机制，粒子注入谱被假定为是困难的。在这种情况下，地球上的粒子通量太低，无法检测。但是粒子在太空中通过电磁级联产生了明显的弥散伽马射线辐射通量。在分析其他源模型和暗物质模型时应考虑到这一点。中微子也是级联产生的，在能量E >10^19 eV时，级联中微子谱取决于注入谱。因此，建议利用伽马射线和中微子发射数据研究正在审议的宇宙射线源。
2019-09-24 astro-ph.HE
Earth magnetic field effects on the cosmic electron flux as background for Cherenkov Telescopes at low energies
宇宙线电子和正电子是大气切伦科夫望远镜系统成像的重要背景成分。当电子和正电子的初级能量降低时，它们对背景触发率的贡献超过质子，至少在相对于实际能量的微分率方面是这样。事件重建后，这种贡献可能成为可比的质子背景能量的顺序几个GeV。众所周知，低能带电粒子的通量受到地球磁场的抑制。这种效应在很大程度上取决于带电粒子的地理位置、入射方向及其质量。因此，地磁场可以有助于降低切伦科夫望远镜阵列探测到的电子和正电子的速率。本文利用回溯技术研究了低能初级电子在地球磁场中的传播。我们使用一个更现实的地磁场模型比以前的计算中使用的。我们认为一些网站相关的新一代成像大气切伦科夫望远镜。我们还详细研究了5@5，一个建议的低能量切伦科夫望远镜阵列的情况。
2012-04-09 astro-ph.HE astro-ph.IM
Ultra-high energy cosmic rays from supermassive black holes: particle flux on the Earth and extragalactic diffuse emission
本文讨论了在超大质量黑洞周围的吸积盘中，宇宙射线在电场中被加速到超高能（E> 4 × 10^19 eV）.粒子注入谱被假定为比那些在冲击波阵面上加速形成的谱更硬。结果表明，具有注入谱的宇宙射线对地基阵列探测到的粒子通量的贡献很小。但在河外空间，粒子产生的扩散伽马射线发射的显着通量与费米LAT仪器（费米空间天文台机载）获得的数据相比。还推导了在河外空间传播的宇宙射线产生的中微子强度。级联中微子的模型强度远低于天体物理中微子的模型强度。得出的结论是，可能的超大质量黑洞是宇宙射线源，在地球上检测到的粒子通量略有贡献，但这些来源应考虑分析时，河外弥漫伽玛射线辐射的组件。
2018-11-27 astro-ph.HE
Polarized radiation and the Emergence of Biological Homochirality on Earth and Beyond
有人提出，自旋极化宇宙辐射可以诱导螺旋生物聚合物的不对称变化，这可能是生物同手性出现的原因。弱相互作用中的宇称破缺对宇宙线簇射中的极化输运有直接的影响。在本文中，我们表明，μ子保持其极化的能量，他们可以启动对映选择性诱变。因此，μ子最有可能成功地建立粒子物理学标准模型中对称性破缺与生物体中对称性破缺之间的联系。我们计算的辐射剂量沉积在各种主要目标的初级和次级宇宙射线的搜索生命在太阳系：火星，金星，泰坦，冰冷的卫星和微行星，并讨论了建议的对映体选择性诱变的影响是驱动程序的同手性。地球是不寻常的，因为自旋极化的μ子主导了它表面的宇宙辐射。
2021-02-13 astro-ph.EP astro-ph.HE
Effect of near-earth thunderstorms electric field on the intensity of ground cosmic ray positrons/electrons in Tibet
用蒙特卡罗模拟模拟了YBJ（4300 m a.s.l.，中国西藏）。次级宇宙线强度的变化与电场的强度和极性密切相关。在大于600 V/cm的负电场和正电场中，基态漫画射线正电子和电子的总数随电场强度的增加而增加。当簇射的初始能量较低或天顶角较大时，这些值的增加更为明显。而在0 ~ 600 V/cm的正电场中，垂直簇射的地面共射线正电子和电子总数下降，幅度达3.1%。在小于500 V/cm的正电场中，倾斜簇射的强度会降低，并伴有较小的振幅。本文讨论了强度变化，特别是正电场的减小。我们的模拟结果与ARGO-YBJ和地毯式空气簇射阵的地面实验结果吻合得很好。这些结果有助于理解大气电场对二次带电粒子的加速机制。
2016-04-01 astro-ph.EP astro-ph.HE
Charting nearby stellar systems: The intensity of Galactic cosmic rays for a sample of solar-type stars
宇宙射线可以穿透行星大气，推动生命前分子的形成，这对生命的起源很重要。我们计算了银河系宇宙线通量的可居住区附近的五个，研究充分的太阳型恒星和在轨道上的2个已知的系外行星。我们使用一个结合了1.5维星风和1维宇宙线输运的模型来模拟银河系宇宙射线通过星风的传播。我们发现天鹅座61 A的宜居带具有与当今地球值相当的银河宇宙线通量。对于其他四个系统（$ε$ Eri，$ε$ Ind，$ξ$ Boo B和$π^1$ UMa），通量的数量级小于地球值。因此，任何尚未被发现的类地行星在其宜居带内受到的辐射剂量都不太可能高于地球。$ε\,$ Ind $\,$ b是一颗类似彗星的行星，轨道为$\sim$ 11 au，接收到的银河宇宙射线通量比地球高。我们发现，银河系宇宙射线的抑制是由扩散或平流占主导地位的影响，在GeV的能量和距离，风已经达到它的终极速度。对于平流主导的风（$\sim$年轻的系统），改变天体层的大小影响抑制显着。对于扩散主导的系统（$\sim$较老的系统），天体层的大小，因此ISM属性的知识，不是很重要。这减少了银河宇宙线通量的不确定性，在可居住区的扩散为主的系统。一个系统是平流主导还是扩散主导可以从恒星风的性质来确定。
2021-09-22 astro-ph.EP astro-ph.HE astro-ph.SR
Modeling the Optical Cherenkov Signals by Cosmic Ray Extensive Air Showers Directly Observed from Sub-Orbital and Orbital Altitudes
今后在亚轨道和轨道高度观测地球大气层的基础上进行的实验计划包括光学切伦科夫照相机，以观测高能宇宙辐射通过与地球及其大气层相互作用而产生的大范围空气簇射。正如其他地方所讨论的，特别相关的是由天体物理中微子掠过地球并在地球上相互作用而引发的向上移动的簇射的情况。切伦科夫相机，通过观察地球的边缘，也可以探测到能量从小于一个PeV到最高能量（几十个EeV）的宇宙射线。使用定制的计算方案，以确定预期的光学切伦科夫信号，从这些高能宇宙射线，我们估计的灵敏度和事件率的球载和卫星为基础的仪器，我们的分析集中在极端宇宙空间天文台搭载超压气球2（EUSO-SPB 2）和极端多信使天体物理学探测器（POEMMA）实验。我们发现预期的事件率大于每小时的实验实时时间的数百个事件，从而能够从亚轨道和轨道高度对切伦科夫探测技术进行有希望的全面测试，以及可以用于理解仪器响应的保证信号。
2021-06-09 astro-ph.HE astro-ph.IM
Galactic cosmic ray propagation through M dwarf planetary systems
量化到达M矮星周围系外行星的宇宙射线通量对于理解它们对系外行星可居住性的可能影响至关重要。在这里，我们调查银河系宇宙射线的传播，因为他们通过附近的五个M矮星，即：GJ 15 A，GJ 273，GJ 338 B，GJ 411和GJ 887的恒星风（天体层）旅行。我们选择的恒星每个都有1或2个检测到的系外行星，它们都有风质量损失率受到莱曼α观测的限制。我们的模拟使用了一个组合的一维磁流体动力学（MHD）阿尔文波驱动的恒星风模型和一维宇宙线输运模型。我们发现GJ 411和GJ 887在它们的宜居带具有与地球相当的银河宇宙射线通量。另一方面，GJ 15 A、GJ 273和GJ 338 B在它们的宜居带中接收到的银河宇宙线通量较低。我们样本中的所有系外行星，除了GJ 15 A c和GJ 411 c，都有一个显着较低的银河宇宙射线通量比在地球上观察到的值，因为它们的轨道更近。这里发现的通量可以进一步用于行星大气的化学建模。最后，我们计算了宜居带行星GJ 273 b表面的辐射剂量，假设它有一个类似地球的大气层。这颗行星接收到的15 MeV能量宇宙射线通量比地球上观测到的值少209倍。然而，对于高能宇宙射线（~ GeV），通量的差异仅小2.3倍，这有助于GJ 273 b接收0.13 mSv/年的显著表面辐射剂量（地球表面年剂量的40%）。
2021-10-26 astro-ph.EP astro-ph.HE astro-ph.SR
Probing the mass composition of primary cosmic rays from the effect of the geomagnetic field on EAS muons: A simulation study
大倾角蒙特卡罗宇宙线簇射的μ子含量分布受地球地磁场的影响。研究发现，正μ子和负μ子分布的形状受到地球地磁场的影响。地球地磁活动与宇宙线（CR）空气簇射μ子之间的这种相关性被发现对初级宇宙线的质量组成很敏感。
2022-05-30 astro-ph.HE
Sharp Rise in Cosmic Ray Irradiation of Organisms on Earth Caused by a Nearby SN Shockwave Passage
本文通过建模研究邻近超新星激波加速的宇宙线对地球生物圈的影响，发现激波穿越太阳系时宇宙线通量急剧上升，显著增强地表及深水环境的电离和突变率，并估算出能量约10^51 erg的超新星致死距离约为18 pc。
2024-08-30 astro-ph.EP astro-ph.HE physics.ao-ph
Cosmic tau neutrino detection via Cherenkov signals from air showers from Earth-emerging taus
我们对地球中τ中微子和反中微子相互作用产生的地球出射$τ$ -轻子的通量和能谱进行了新的详细计算。地球分层模型用于描述地球的变密度剖面。不同的假设，关于中微子带电和中性电流截面以及$τ$ -轻子能量损失模型被用来量化的系统不确定性，从这些结果。然后，基线模拟用于产生光学切伦科夫信号从向上移动的广泛的空气簇射产生的$τ$ -轻子衰变在大气中，适用于一系列的天基仪器。我们使用这个模拟来确定中微子的灵敏度为$E_ν>$ 10 PeV的天基实验的性能类似的探测器的极端多信使天体物理学（POEMMA）目前正在研究的任务。
2019-10-11 astro-ph.HE hep-ph
Novel Simulation Framework for Analyzing Cosmic Ray Particle Distributions at a Global Scale
本研究提出基于GEANT4的ECRS模拟框架，集成标准大气与动态地磁场，用于全球尺度宇宙线粒子分布分析，并通过案例研究展示海平面粒子能量变化。
2024-11-05 astro-ph.EP astro-ph.HE astro-ph.IM
Spiral Arms as Cosmic Ray Source Distributions
有证据表明，可疑宇宙射线源的分布与星系的旋臂结构有关。目前还不清楚这样的宇宙射线源分布对我们银河系中的粒子输运有什么影响。我们使用的PICARD代码进行高分辨率的3D模拟银河系中的电子和质子的传播方案，包括四臂和两臂对数螺旋宇宙射线源分布，有和没有一个中心杆结构，以及螺旋臂配置的NE 2001模型的自由电子在银河系中的分布。这些模拟的结果进行了比较，轴对称的径向源分布。此外，还研究了地球相对于螺旋结构的不同位置对宇宙线通量和谱的影响。我们发现，高能电子强烈地局限于它们的来源和所获得的光谱在很大程度上取决于地球的位置相对于螺旋臂。对于低能质子和电子也有类似的发现，尽管幅度较小。我们发现，即使是分数贡献的螺旋臂组件的总宇宙射线源分布的影响，在地球上的光谱。当与轴对称径向源分布以及相对于地球相对于螺旋臂结构的位置相比时，这是明显的。我们证明，银河酒吧的存在表现为在地球上的低能电子的整体过剩。使用螺旋臂几何形状作为宇宙射线源分布提供了一种真正的新的建模质量，并用于解释地球上宇宙射线光谱中其他传播效应的特征。我们表明，现实的宇宙射线传播方案必须承认非轴对称源分布。[简略]
2014-10-20 astro-ph.HE
$ν$SpaceSim: An end-to-end simulation package to model the sensitivity of UHECR experiments to upward-moving extensive air showers sourced by cosmic neutrinos interacting in the Earth
该研究开发$ν$SpaceSim端到端模拟包，建模地球中微子相互作用产生向上EAS的物理过程及信号传播、探测器响应，助力设计相关实验、估算曝光量并理解近期实验数据。
2025-02-13 astro-ph.HE astro-ph.IM
Cosmic-Ray Bath in a Past Supernova Gives Birth to Earth-Like Planets
The University of Tokyo（东京大学）；Kyoto University（京都大学）；Fukui Prefectural University（福井县立大学）
超新星中的宇宙射线核合成通过浸入机制在太阳系形成中扮演关键角色，解释了类地行星的普遍性。
2025-12-10 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.HE
Propagation and energy deposition of cosmic rays' muons on terrestrial environments
地球不断受到来自星际介质的辐射的撞击。光谱中能量很低的一端被地磁场屏蔽，但能量高于地磁截止值的带电粒子将穿透大气层，并可能相互作用，产生次级粒子。一些天体物理事件，如伽马射线暴和超新星，当发生在短距离时，由于辐射通量的暂时增强，可能会影响地球的生物圈。在地球大气层中，高能宇宙射线大量产生μ子。这些粒子由于其截面小，能够深入地下和水下，有可能影响通常被认为是屏蔽辐射的生物小生境。利用Geant 4工具包研究了高能宇宙射线产生的μ子在地球大气中的相互作用。我们分析了水和地壳中的穿透力，以及根据粒子类型和能量的细菌类物质内的相互作用效应，并注意到由于二次粒子而造成偏离轨道损伤的可能性。
2014-10-26 astro-ph.EP astro-ph.HE
Observation of large scale precursor correlations between cosmic rays and earthquakes
本研究首次发现宇宙射线探测率平均变化与全球地震活动存在约两周滞后的相关性，其显著性随类11年太阳周期变化、局部超6σ，为地震预警系统提供新前兆方向。
2022-04-26 astro-ph.EP astro-ph.HE astro-ph.SR
Galactic Cosmic-Ray Propagation in the Inner Heliosphere: Improved Force-Field Model
太阳物理学的一个关键目标是了解宇宙射线如何在太阳系复杂的动态环境中传播。一个可观察到的是太阳调制，即，宇宙射线的通量和光谱在向内传播时如何变化。我们建立了一个改进的力场模型，利用帕克太阳探测器的磁功率谱密度的新测量预测太阳调制在地球轨道。我们发现，地球和太阳之间的宇宙射线调制是适度的，至少在太阳活动极小期和黄道面。我们的结果同意更好地与有限的数据宇宙射线径向梯度在地球轨道上比过去的治疗力场模型。我们的预测可以用帕克太阳探测器和太阳轨道飞行器即将在日光层内部进行的直接宇宙射线测量来检验。它们对于解释由于宇宙射线与太阳物质和光子的散射而从太阳发射的伽马射线也很重要。
2022-09-21 astro-ph.EP astro-ph.HE astro-ph.SR
Neutrinos from cosmic ray interactions in the Sun
撞击太阳大气层的宇宙射线会产生中微子，这些中微子在太阳中相互作用并振荡，并在前往地球的途中振荡。这些中微子有可能被中微子望远镜探测到，并将成为从太阳中的暗物质湮灭中寻找中微子的背景。我们计算了太阳中这些宇宙射线相互作用产生的中微子通量，并研究了地球上探测器附近产生μ子的相互作用。我们比较这两个经常地球大气中微子和太阳中的暗物质湮灭的信号的背景。我们的计算是基于事件的蒙特卡罗方法，应该是适合作为实验合作的模拟工具。我们的程序包与本文一起公开发布。
2017-07-10 astro-ph.HE hep-ph
Origins of Extragalactic Cosmic Ray Nuclei by Contracting Alignment Patterns induced in the Galactic Magnetic Field
提出了一种寻找超高能宇宙射线起源的新方法。这些粒子很可能是在地球大气层中引发广泛空气簇射的原子核。在大面积的观测站，粒子到达的方向与它们的能量和它们的簇射最大时的大气深度一起测量。深度提供了核电荷的粗略测量。在一个同时适合所有观测到的宇宙射线，我们使用银河系磁场作为一个质谱仪，并调整核电荷，使其河外到达方向集中在尽可能少的方向。使用不同的模拟例子，我们表明，与地球上的测量，河外源方向的重建是可能的。特别是，我们表明，在天体物理的情况下，即使在一个实质性的各向同性的背景源方向可以重建。
2018-07-23 astro-ph.HE astro-ph.IM
HelMod: A Comprehensive Treatment of the Cosmic Ray Transport Through the Heliosphere
HelMod是一个评估银河系宇宙射线通过内日光层向下传输到地球的代码。它是基于一个2-D蒙特卡罗方法，包括扩散张量的对称和反对称部分的一般描述，因此，适当地对待粒子漂移效应。对模型进行了调整，以适应在黄道面外距地球若干距离处观测到的数据和在地球附近观测到的太阳活动水平高低的光谱。开发了一个与GalProp完全兼容的独立Python模块，用于全面计算太阳调制效应，从而产生了一组新建议的局部星际光谱。
2016-12-26 astro-ph.HE
A Fit to the Galactic Cosmic Ray Hydrogen and Helium Spectra at Voyager 1 at Low Energies and Earth Based Measurements at Much Higher Energies with Identical Rigidity Independent Source Spectra for the Hydrogen and Helium Nuclei
旅行者1号从太阳风层顶以外获得的数据首次直接测量了低于1 GeVnuc的星际宇宙射线谱。在本文中，我们结合这些旅行者测量的H和He核从3-600 MeVnuc更高的能量测量在1 AU的BESS和PAMELA实验高达100 GeVnuc。用加权漏箱模型描述星系中的传播，我们得到了与Voyager观测结果的良好拟合，并得到了高达100 GeVnuc的更高能谱，源谱为P-2.28，其指数从低到高与刚性无关;以及扩散路径长度的刚性依赖性，其在刚性1.00 GV时为P-0.5，并且在较低刚性时可能变为P1.0。
2015-03-03 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.space-ph
Searching for signals of magnetic lensing in ultra-high energy cosmic rays
超高能宇宙射线大多数是带电粒子，因此它们在从源头到地球的路径上会被磁场偏转。由这些偏转引起的一个有趣的现象是出现一个源的多个图像，即来自同一源的具有相同能量的宇宙射线可以从不同方向到达地球。在这项工作中，我们提出了一种技术来识别二次图像，产生的银河系磁场的经常性组成部分，受益于近焦散线的通量显着放大的事实。
2011-07-04 astro-ph.HE
A new calculation of Earth-skimming very- and ultra-high energy tau neutrinos
PeV以上的宇宙中微子要么在天体物理源中产生，要么在超高能宇宙射线通过宇宙背景辐射的过程中相互作用时产生。探测这些中微子对于了解宇宙射线加速、组成和源演化至关重要。通过使用地球作为τ中微子转换器，用于τ衰变产生的上行广泛空气簇射，气球载和天基仪器可以利用大量和大量的陆地中微子目标。在确定τ轻子退出概率和它们的翻译检测接受的理论输入和不确定性将在我们已经执行的一个新的计算的上下文中进行讨论。我们量化的实验检测能力的基础上，我们的计算，包括使用极端多信使天体物理学探测器（POEMMA）的概念研究光学空气切伦科夫探测响应参数。这些案例研究被用来说明的功能和不确定性，在向上tau空气簇射检测。
2019-08-09 astro-ph.HE
An empirical modification of the force field approach to describe the modulation of galactic cosmic rays close to Earth in a broad range of rigidities
银河宇宙射线（GCR）在穿过日光层的过程中，在被地球探测到之前会受到各种效应的调制。这个过程可以用帕克方程来描述，它根据主要的调制过程：对流、漂移、扩散和绝热能量变化来计算GCR的相空间分布。该方程的一阶近似是力场方法，将其简化为单参数依赖性，即太阳调制势$ϕ$。利用这种方法，它是可能的重建$ϕ$从地面和航天器的测量。然而，以前已经表明，$ϕ$不仅取决于本地星际光谱（LIS），但也对感兴趣的能量范围。我们已经研究了这种能量依赖性进一步，使用公布的质子强度谱获得的PAMELA以及更重的核测量IMP-8和ACE/CRIS。我们的研究结果表明，在较低的能量，包括强烈的依赖于太阳磁时代的严重限制。基于这些发现，我们将概述一个新的工具来描述GCR质子谱的能量范围从几百兆电子伏到几十个GeV的最后一个太阳周期。为了显示我们的修改的重要性，我们计算宇宙成因放射性核素$^{10}$ Be的全球生产率，这是一个代理的太阳活动追溯到几千年。
2017-10-30 astro-ph.EP astro-ph.HE astro-ph.SR
Modification of the Dipole in Arrival Directions of Ultra-high-energy Cosmic Rays due to the Galactic Magnetic Field
本研究利用CRPropa 3模拟银河系磁场对超高能宇宙线偶极各向异性的传播效应，确定了与地球观测相符的河外偶极子允许方向与幅度。
2024-02-12 astro-ph.HE
Computational Challenges and Opportunities of Simulating Cosmic Ray Showers at Global Scale
银河宇宙射线是从银河系遥远的角落流入太阳系的高能粒子，一些低能粒子来自太阳，与太阳耀斑有关。地球大气层是高能宇宙射线的理想探测器，宇宙射线与空气分子核相互作用，导致广泛的空气簇射传播。近年来，人们对宇宙射线测量的应用越来越感兴趣，其范围从空间/地球天气监测，基于宇宙射线μ子断层扫描的国土安全，通过航空旅行对健康的辐射影响等。佐治亚州立大学已经开发了一个模拟程序（基于欧洲核子研究中心开发的GEANT 4软件包），用于研究大气中的宇宙射线簇射。这一模拟研究的结果将提供有关与地理位置有关的宇宙射线簇射剖面的前所未有的知识，并大大提高宇宙射线应用的适用性。在本文中，我们提出了计算的挑战和机会进行宇宙射线雨模拟在全球范围内使用各种计算资源，包括XSEDE。
2018-07-22 astro-ph.HE astro-ph.IM physics.comp-ph
Energy and angular distributions of atmospheric muons at the Earth
对地球大气μ介子分布的正确认识是模拟宇宙射线装置和稀有事件搜索探测器的先决条件。本文提出了一个修正的幂律，它能很好地描述宇宙μ子在低能区和高能区的能量分布。利用该分布，得到了天顶角（$θ$）分布的解析形式。假设地球是平的，它导致了$\cos^{n-1}θ$形式，其中表明参数$n$只是能量分布的幂。得到了μ子倾斜轨道的精确解析函数。在不假设地球是平的情况下，得到了一个新的天顶角分布的封闭形式，它给出了一个改进的描述，甚至在所有角度以上的数据$70^o$。这些分布进行了测试与现有的大气μ子的能量和角分布的数据。这些分布的参数可以用来描述宇宙μ子数据作为能量，角度和高度的函数。
2018-09-27 astro-ph.HE hep-ex hep-ph
INTEGRAL serendipitous observations of solar and terrestrial X-rays and gamma rays
欧空局的INTEGRAL空间任务在太阳和地球物理学方面取得了独特的成果，尽管航天器的运行名义上排除了指向太阳或地球的可能性。然而，对于宇宙X射线背景（CXB）的特殊掩星观测，地球的回避是非常宽松的，在某些情况下可以探测到强烈的X射线极光发射。此外，最强烈的太阳耀斑可以足够明亮，从主要仪器的视野之外就可以探测到。本文首次介绍了INTEGRAL的极光观测，并回顾了对最强太阳耀斑的早期研究。最后，我们简要总结了地球辐射带的研究，这可以被认为是另一个偶然的科学与INTEGRAL的主题。
2021-04-13 astro-ph.EP astro-ph.HE astro-ph.SR
Interstellar gamma rays and cosmic rays: new insights from Fermi-LAT AND INTEGRAL
在两年多的运行中，费米-LAT彻底改变了我们对伽马射线天空的认识。星际伽马射线是这个新时代的一部分，它允许对银河系中的宇宙射线模型进行前所未有的测试。INTEGRAL/SPI数据向低能量的扩展也在不断发展。本文导出了银河系的多波长光度，并讨论了银河系能量平衡和射电-远红外关联。
2011-01-07 astro-ph.HE
Coherent Cherenkov Radiation from Cosmic-Ray-Induced Air Showers
高能宇宙射线进入地球大气层后，会产生一个等离子云，其移动速度几乎达到光速。地球的磁场在这片云中感应出一个电流，这是发射相干电磁辐射的原因。我们建议寻找一种新的效果：由于空气的折射率，这种辐射在切伦科夫锥中被准直。为了表示与通常的切伦科夫辐射（即来自快速移动的电荷的发射）的区别，我们称之为磁感应切伦科夫辐射。我们指出其签名和可能的实验验证。
2011-07-04 astro-ph.HE
EDGE: a code to calculate diffusion of cosmic-ray electrons and their gamma-ray emission
PAMELA和AMS测量到的正电子过剩只有在有一个或几个源注入它们的情况下才能解释。此外，在最高能量下，它需要附近（$\sim$数百秒差距）和中年（最多$\sim$数百千年）源的存在。脉冲星作为电子和正电子的工厂，是解释这种过剩起源的候选者之一。为了计算这些源对地球上电子和正电子通量的贡献，我们开发了EDGE（电子扩散和伽马射线到地球），这是一个处理电子扩散并计算其从具有灵活注入光谱的中心源扩散的代码。我们可以推导出源的伽马射线谱、空间延伸、空间中的全电子密度以及到达地球的电子和正电子通量。我们在这方面的贡献的代码的基本原理和研究如何不同的参数影响的伽马射线光谱的源和在地球上测量的电子通量。
2017-08-10 astro-ph.HE
Cosmic Rays and Terrestrial Life: A Brief Review
“对宇宙射线对生物体可能产生的影响的调查也将引起极大的兴趣。“-维克多·F.赫斯，诺贝尔奖演讲，1936年12月12日高能辐射爆发在我们的宇宙中是司空见惯的。从附近的太阳耀斑到遥远的伽马射线暴，各种物理过程将带电粒子加速到各种能量，随后到达地球。这些粒子有助于地球系统中发生的一些物理过程。带电粒子的大部分能量沉积在大气层中，电离大气层，导致其化学变化，影响全球电路。剩余的次级粒子对表面和部分次表面区域的宇宙射线的背景剂量有贡献。在过去的30亿年里，生命在这种背景辐射的存在下进化，而在此期间，这种背景辐射本身也发生了很大的变化。正如米勒-尤里实验所证明的那样，闪电在复杂有机分子的形成中起着非常重要的作用，这些分子是形成生命的更复杂结构的基石。越来越多的证据表明，闪电率随着带电粒子通量的增加而增加。宇宙射线速率的增强与生命的起源有联系吗？宇宙射线次级辐射也会破坏DNA并导致突变，导致癌症和其他疾病。现在可以计算次级粒子，特别是μ子和中子的辐射剂量。宇宙射线通量的变化是否影响了地球上生命的进化？我们描述了宇宙射线影响地球生命的机制，并回顾了高能天体物理辐射的变化对地球生命史的潜在影响。
2014-03-05 astro-ph.HE physics.ao-ph q-bio.PE
Cosmic-ray interactions with the Sun using the FLUKA code
宇宙射线与太阳大气层相互作用，产生能够到达地球的次级粒子。在这项工作中，我们提出了一个全面的计算的次级粒子的产额的γ射线，电子，正电子，中子和中微子进行的FLUKA代码。我们还估算了这些次级粒子在太阳的强度和在地球的通量，通过折叠它们的产额与撞击在太阳表面的宇宙射线的强度。结果对太阳附近的磁场假设和太阳系内部磁场中的宇宙线输运都是敏感的。
2020-10-01 astro-ph.HE
Compton-Getting effect due to terrestrial orbital motion observed on cosmic ray flow from Mexico-city Neutron Monitor
我们使用墨西哥城中子监测器（NM）探测器，由于地球的轨道运动和康普顿-Getting（C-G）在1935年预测的宇宙射线流的昼夜各向异性，作为一阶相对论效应。墨西哥城NM的地理纬度不是很高（$19.33^{\circ}$ N），它有一个高截止地磁刚度（8.2 GV）和海拔（2274米asl）有利于观察的C-G效应。此外，在太阳活动周极小期，银河宇宙线通量最大，太阳磁场减弱，呈现偶极型。它对到达地球的宇宙射线的影响是最小的。根据墨西哥城NM的数据，对2008年和2019年两个太阳极小期期间的组合计数率进行分析，得出C-G效应的振幅变化为（0.043 $\pm$ 0.019）\%，相位为（6.15 $\pm$ 1.71）LT。预期的振幅变化为0.044\%，相位为6.00 LT。
2023-03-12 astro-ph.EP astro-ph.HE physics.space-ph
Positron Excess from Cosmic Ray Interactions in Galactic Molecular Clouds
AMS-02最近观测到的数据清楚地证实，正电子通量随着能量的增加而增加，并在几百GeV附近显示出峰值。这种上升的正电子流不能用宇宙射线与星际氢气的相互作用来解释。在本文中，我们的目标是研究是否次级生产由于宇宙射线相互作用在附近的银河系分子云（GMCs）可以显着地贡献给地球上观测到的正电子谱。近年来，随着多波长天文学的发展，在银河系中发现了许多新的巨星系团。利用大尺度CO测量，在银河系中探测到1064个GMC，它们位于银河系平面内。最近的调查实施了光学/红外尘埃消光测量，跟踪567 GMC在4千秒差距的地球，也居住在银河系平面。我们利用最近文献中报道的分布在银道面的GMC的最新列表，寻找宇宙射线与分子氢相互作用中产生的次级正电子。此外，通过分析\textit{Fermi} -LAT数据，在银道面附近发现了新的GMC。我们还包括一些离地球最近的GMC，那里的宇宙射线相互作用产生了次级辐射。早先有人推测，宇宙射线可能在某些GMC中被重新加速。我们选择7 GMCs的567 GMCs最近报道，在4千秒差距的地球，由于磁化湍流的再加速假设。我们包括硬化的二次正电子的组成部分，产生的相互作用的再加速CR在这7 GMC。我们使用公开可用的代码\textbf{DRAGON}为我们的模拟设置，研究CR在银河系中的传播，并表明所观察到的正电子谱可以很好地解释在1至1000 GeV的能量范围内，我们的自洽…
2020-11-24 astro-ph.HE
Diffuse emission measurement with INTEGRAL/SPI as indirect probe of cosmic-ray electrons and positrons
利用INTEGRAL天文台的数据，在理解银河系弥散硬X射线连续辐射方面取得了重大进展。用INTEGRAL/SPI光谱仪观测到的弥散硬幂律分量与相对论电子在宇宙微波背景和银河系星际辐射场上的逆康普顿辐射一致。在本分析中，使用2003年至2009年的SPI数据（总曝光时间约为10^8 s）来推导20 keV至2.4 MeV之间的银河脊硬X射线空间分布和光谱。两者都与GALPROP代码的预测一致。从千电子伏到千兆电子伏能量的测量和预测的排放之间的良好协议表明，正确的生产机制已经确定。我们讨论了潜在的SPI数据提供一个间接的探测星际宇宙射线电子分布，特别是能量低于几个GeV。
2011-07-01 astro-ph.HE
Cosmic ray interactions in the solar system: The Gerasimova-Zatsepin effect
超高能宇宙射线核与太阳发射的光子碰撞产生的Gerasimova-Zatsepin效应可能会在地球上同时产生两个空气簇射。利用太阳光子的全能谱、通过行星际磁场的射线追踪以及铁和氧宇宙线通量的上限值来模拟这种效应。只有最丰富的相互作用，其中一个质子是从核发射的考虑。第一次显示了作为初级宇宙线到太阳距离的函数的地球上各个簇射之间的距离分布。这些分布被用来估计当前的检测器阵列的能力，以测量Gerasimova-Zatsepin效应，并显示一个专用的阵列是能够测量这种效果。
2016-09-12 astro-ph.HE hep-ex
Observing The Cosmic Ray Moon Shadow With VERITAS
地球受到均匀的极高能量（VHE，E > 100 GeV）宇宙射线的影响，除非它们被一个物体（如月球）遮蔽，在这种情况下会产生一个缺陷或阴影。由于宇宙射线是带电的，地球的磁场使这种缺陷偏转，从而能够确定被阻挡的宇宙射线的刚性。测量不同种类的相对亏损使得正电子分数和反质子比率能够被测量。2014年4月15日的月食可以用VERITAS切伦科夫望远镜看到，它允许（使用特殊的紫外线带通滤波器）对月球进行74分钟的直接观测，以及宇宙射线通量的相关不足。这一观察的结果。此外，VERITAS还一直在进行一系列观测，方法是用一个缩小的光电倍增管高压和紫外线带通滤光器对准部分被照亮的月球。我们提出了这些意见和他们的现状开发的技术。
2015-08-28 astro-ph.HE
Measuring Changes in the Atmospheric Neutrino Rate Over Gigayear Timescales
在与太阳系年龄相当的时间尺度上测量宇宙射线通量，$\sim 4.5\,$ Gyr，可以为地球，太阳系甚至我们的银河系的历史提供一个新的窗口。我们提出了一种技术，间接测量宇宙射线的速度作为时间的函数使用的痕迹，大气中微子的古探测器，天然矿物记录的损害轨迹从核反冲。地球上常见的矿物年龄为$\lesssim 1\,$ Gyr，这使得我们能够在与太阳系年龄相同的时间尺度上回顾宇宙射线的历史。由于收集了不同年代的样品，并具有合理的准确性，这种技术特别适合于测量地球上宇宙射线通量的历史变化，并广泛适用于天体物理学和天体物理学。
2020-11-30 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.IM
INTEGRAL hard X-ray spectra of the cosmic X-ray background and Galactic ridge emission
我们推导出的宇宙X射线背景光谱（CXB）和银河脊X射线发射（GRXE）在~20-200 keV范围内的数据的IBIS仪器上的INTEGRAL卫星在2006年初的四个专门的地球掩星观测。我们分析了调制的IBIS/ISGRI探测器计数引起的地球通过该仪器的视场的通道。与以前的研究不同，我们没有固定的光谱形状的各种贡献，而是模型，而不是他们的空间分布，并为他们每个人的预期调制的探测器计数。漫发射分量的光谱是通过将模型光变曲线的归一化拟合到不同能量仓中所观察到的调制来获得的。获得的CXB光谱与历史HEAO-1结果一致，略低于Swift/BAT得出的光谱。不能完全排除CXB正常化高出10%的可能性，但这意味着对地球的不切实际的高扰动。GRXE的衍生光谱证实了存在一个最小值约80 keV与改进的统计和产生的平均质量的银河系中的白矮星的估计~0.6 M_太阳。分析还提供了更新的归一化的光谱的地球的日冕和宇宙射线引起的大气排放。
2010-02-12 astro-ph.CO astro-ph.HE
Experimental biases on the heliospheric contribution to the observed TeV cosmic ray anisotropy
在地球上观测到的宇宙射线粒子的到达方向分布是由其银河源位置和湍流星际磁场中的轨迹弯曲的累积效应形成的。相干磁结构预计也会破坏粒子轨迹及其观察到的分布。日球层是由太阳风对星际等离子体的扫掠作用产生的大磁泡，强烈影响着地球上探测到的TeV宇宙线粒子。通过展开日光层对观测到的各向异性的影响，有可能确定宇宙射线在星际介质中的俯仰角分布。这些信息使得详细研究TeV宇宙射线在银河系中的全局扩散特性成为可能。然而，观测盲目的宇宙射线到达方向分布的关键特征可能会导致在确定日光层的影响和星际CR分布的偏差。银河TeV CR扩散特性的任何推断必须仔细考虑本地传播现象和观测的局限性。
2019-07-31 astro-ph.HE
The HelMod Monte Carlo Model for the Propagation of Cosmic Rays in Heliosphere
日光层调制模型HelMod求解了银河系宇宙射线通过日光层向地球传播的传输方程。它是基于一个2-D蒙特卡罗方法，其中包括扩散张量的对称和反对称部分的一般描述，从而，适当地处理粒子漂移效应以及对流内的太阳风和绝热能量损失。该模型进行了调整，以适应1）在黄道平面外距地球几个距离处观测到的数据，2）在地球附近观测到的太阳活动高峰期和低谷期的光谱。对日光层极地区域的描述给予了极大的重视。我们提出的质子，反质子和氦核的通量计算沿太阳活动周23-24与实验观测和预测的整个太阳活动周24。
2017-08-11 astro-ph.HE astro-ph.SR
Uncovering underappreciated physical effects hidden in the cosmic-ray electron spectra at very high-energy
该研究指出，近地 TeV 宇宙线电子能谱主要受天鹅座 X 的胶子凝聚与异常电子/正电子对产生控制，从而揭示其中被忽视的物理效应。
2025-01-07 astro-ph.HE
Constraining anisotropic diffusion between Geminga and Earth with the cosmic-ray electron and positron spectrum
本文基于Geminga晕观测建立各向异性扩散模型，预测其在地球处产生的电子和正电子通量，并利用DAMPE能谱约束模型参数，发现Geminga可能在1 TeV处形成能谱峰，从而解释DAMPE探测到的1.4 TeV异常超出。
2024-09-03 astro-ph.HE hep-th
Ultra High Energy Cosmic Ray, Neutrino, and Photon Propagation and the Multi-Messenger Approach
第一讲讨论了从宇宙学源通过河外空间传播A=1（质子）到A=56（铁）的UHECR核。这是其次，在第二和第三讲座的考虑产生和传播的二次粒子通过UHECR损失相互作用。在第二个讲座中，我们专注于弥漫宇宙成因的UHE中微子通量的产生。在第三讲中，我们研究了UHE光子流到达地球的通量。在最后一个讲座中，前面的讲座的结果放在一起，以提供新的见解UHECR源。其中第一个提供了一种方法，通过测量UHECR光谱及其在地球上的光子分数来调查当地人口的UHECR源。其中第二个通过在地球上对UHECR核的可能观测提供了对UHECR源辐射场的约束。
2009-02-18 astro-ph.HE
Study of cosmic ray sources using data on extragalactic diffuse gamma-ray emission
讨论了来自次要源的超高能宇宙射线（CR）及其对河外弥漫γ射线辐射的可能贡献。作为次要来源的一个例子，我们考虑了活动星系核（AGN）的可能的特定类型，其中超大质量黑洞被10^（10）-10 ^（11）Gs的超强磁场包围。在这个模型中，我们计算了地球上的CR能谱和河外空间CR产生的级联量子的强度。从数值计算结果和皮埃尔俄歇天文台和望远镜阵的观测资料出发，表明这些活动星系核对地球UHECR通量的贡献可以忽略不计。然而，与费米LAT测量的河外弥漫伽马射线发射相比，活动星系核的CR产生了显着的伽马射线通量。我们的结论是，来自次要来源的UHECR可以显着地促进河外伽马射线发射。
2017-11-12 astro-ph.HE
Modeling high-energy cosmic ray induced terrestrial muon flux: A lookup table
在地质时间尺度上，地球很可能受到来自天体物理源的高能宇宙射线（HECR）的增加通量，这些天体物理源包括附近的超新星、伽马射线暴或银河系冲击。典型的宇宙射线能量可能比通常占主导地位的~ 1 GeV通量高得多。这些高能粒子撞击地球大气层，引发了广泛的空气淋浴。随着空气簇射传播得更深，它通过产生带电的次级粒子来电离大气。由于核相互作用而产生的μ子和热中子等次级粒子能够到达地面，增加辐射剂量。μ子占宇宙射线辐射剂量的85%。这种增加的剂量可能对生物圈有害。该机制在文献中已被广泛讨论，但从未被量化。在这里，我们已经开发了一个查找表，可以用来量化这种影响，通过建模地球μ介子通量从任何任意宇宙射线光谱与10 GeV - 1 PeV的原色。这将使我们能够计算来自一些天体物理来源的地球行星表面的辐射剂量。
2011-05-09 astro-ph.EP astro-ph.HE hep-ex
Chaotic Effects on Cosmic Ray Anisotropy in a Heliosphere-inspired Model
宇宙射线在银河系中传播，遇到可能暂时困住它们的系统，以及在其轨道上引起混沌行为的磁场结构。特别是在地球上被探测到之前，在本地星际介质中传播并与日光层磁场相互作用的粒子。因此，观测到的宇宙射线到达方向分布受日光层的影响，只要它们的陀螺半径小于或相当于日光层的大小，即在TeV的能量范围内。那些暂时被困在日球层内的宇宙射线粒子轨道的混沌性质可以用时间-时间李雅普诺夫指数来表征。具体来说，我们将深入研究粒子被困在一个静态磁瓶配置的日光层启发玩具模型和时间磁扰动的存在下的情况。在这项工作中，我们还建议，时间的变化可能被证明是重要的TeV宇宙射线在地球上的各向异性的理解。
2019-08-07 astro-ph.HE physics.space-ph
Effect of near-earth thunderstorm electric field on the flux of cosmic ray air showers in LHAASO-KM2A
本文利用CORSIKA和G4KM2A进行蒙特卡罗模拟，研究了雷暴期间大气电场对LHAASO-KM2A宇宙线簇射流强的影响，发现电场强度、极性、层厚及原初能量等因素显著改变簇射触发率。
2024-10-10 astro-ph.HE hep-ex
