MODULATION DES RAYONS COSMIQUES GALACTIQUES : UNE ANALYSE MULTI-DECENNALE DU 19 e AU 25e CYCLE

Abstract

Galactic cosmic rays (GCRs) are high-energy particles originating from outside our solar system. The intensity of these rays measured on Earth varies significantly over time, primarily due to solar activity and changes in the properties of the heliosphere, a phenomenon known as « solar modulation. » This master’s thesis aims to study the long-term evolution of this modulation by analyzing data covering solar cycles 20 to 25 (approximately 1964 to 2024). Public data from ground-based neutron monitoring instruments (particularly the Oulu station) measuring the cosmic ray flux were used, along with indicators of solar activity (sunspot number – SSN) and heliospheric parameters (interplanetary magnetic field – IMF, solar wind velocity – V), to explore the relationships between these quantities. The entire analysis was performed using the Python programming language and its scientific libraries (Pandas, NumPy, Matplotlib, SciPy), and included visualization of time series and calculation of statistical correlation coefficients (Pearson’s coefficient) over the entire period and for each solar cycle separately. The results confirm a strong inverse relationship between cosmic ray intensity and solar activity. They also highlight the 11-year cyclicity and the distinct differences between cycles, particularly the unusual behavior of Solar Cycle 24, which was characterized by low solar activity and high cosmic ray flux. This work provides a quantitative representation of solar modulation over several decades and serves as an educational application for analyzing astronomical data using Python. -------------------------------------------------------------------------- الأشعة الكونية المجرية (GCRs) هي جسيمات عالية الطاقة تنشأ من خارج نظامنا الشمسي. شدة هذه الأشعة المقاسة على الأرض تتغير بشكل كبير مع الزمن، ويرجع ذلك أساسًا إلى نشاط الشمس والتغيرات في خصائص الهيليوسفير، وهي ظاهرة تُعرف باسم "التعديل الشمسي". يهدف هذا البحث لرسالة ماجستير إلى دراسة تطور هذا التعديل على المدى الطويل من خلال تحليل بيانات تغطي الدورات الشمسية من 20 إلى 25 (تقريبًا من 1964 إلى 2024). تم استخدام بيانات عامة من أجهزة مراقبة النيوترونات الأرضية (خاصة محطة Oulu) لقياس تدفق الأشعة الكونية، إلى جانب مؤشرات النشاط الشمسي (عدد البقع الشمسية - SSN) والمعلمات الهليوسفيرية (المجال المغناطيسي بين الكواكب - IMF، وسرعة الرياح الشمسية - V)، لاستكشاف العلاقات بين هذه الكميات.تم إجراء التحليل بالكامل باستخدام لغة البرمجة بايثون ومكتباتها العلمية (Pandas، NumPy، Matplotlib، SciPy)، وشمل ذلك تصوّر السلاسل الزمنية وحساب معاملات الارتباط الإحصائي (معامل بيرسون) على كامل الفترة ولكل دورة شمسية على حدة. تؤكد النتائج وجود علاقة عكسية قوية بين شدة الأشعة الكونية والنشاط الشمسي، كما تُبرز الخصائص الدورية ذات الـ 11 سنة والاختلافات المميزة بين الدورات، وخاصة السلوك غير المعتاد للدورة الشمسية 24، التي تميزت بنشاط شمسي منخفض وتدفق مرتفع للأشعة الكونية. يقدم هذا العمل تمثيلًا كميًا للتعديل الشمسي عبر عدة عقود ويُعد تطبيقًا تربويًا لتحليل البيانات الفلكية باستخدام بايثون. -------------------------------------------------------------------------- Les rayons cosmiques galactiques (RCG) sont des particules de haute énergie provenant de l'extérieur de notre système solaire. L'intensité de ces rayons mesurée sur Terre varie considérablement au fil du temps, principalement en raison de l'activité solaire et des modifications des propriétés de l'héliosphère, un phénomène connu sous le nom de « modulation solaire ». Ce mémoire de master vise à étudier l'évolution à long terme de cette modulation en analysant des données couvrant les cycles solaires 20 à 25 (environ 1964 à 2024). Des données publiques provenant d'instruments de surveillance des neutrons au sol (notamment la station d'Oulu) mesurant le flux de rayons cosmiques ont été utilisées, ainsi que des indicateurs de l'activité solaire (nombre de taches solaires - SSN) et des paramètres héliosphériques (champ magnétique interplanétaire - IMF, vitesse du vent solaire - V), afin d'explorer les relations entre ces quantités. L'analyse a été réalisée en utilisant le langage de programmation Python et ses bibliothèques scientifiques (Pandas, NumPy, Matplotlib, SciPy). Elle comprenait la visualisation des séries temporelles et le calcul des coefficients de corrélation statistique (coefficient de Pearson) sur l'ensemble de la période et pour chaque cycle solaire séparément. Les résultats confirment une forte relation inverse entre l'intensité des rayons cosmiques et l'activité solaire. Ils mettent également en évidence la périodicité de 11 ans et les différences marquées entre les cycles, en particulier le comportement inhabituel du cycle solaire 24, caractérisé par une faible activité solaire et un flux de rayons cosmiques élevé. Ce travail fournit une représentation quantitative de la modulation solaire sur plusieurs décennies et constitue une application pédagogique pour l'analyse de données astronomiques avec Python.