Файл: 17. Солнечные циклы. Главные закономерности динамики распределения активных областей в 11летнем солнечном цикле.docx
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 09.11.2023
Просмотров: 16
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
17. Солнечные циклы. Главные закономерности динамики распределения активных областей в 11-летнем солнечном цикле.
Когда говорится о солнечной активности, то подразумевается целый комплекс событий, отражающих динамику магнитного поля на Солнце. Говоря же об 11-летнем цикле активности, имеется ввиду, что в среднем через каждые 11 лет пространственная конфигурация магнитного поля Солнца с той или иной степенью точности повторяются.
В 1843 г. Швабе из анализа определений чисел пятен открыл их изменения с течением времени и нашел средний их период, равный примерно 10 годам. Этот вывод в дальнейшем был окончательно утвержден астрономом Р. Вольфом после организации им регулярных наблюдений Солнца и введения индекса относительных чисел солнечных пятен.
Число Вольфа, иначе называемое относительным числом солнечных пятен, измеряется как W = 10g + f, где f – число всех существующих на данный момент пятен, а g – число групп.
Вольф установил, что числа солнечных пятен испытывают циклические изменения со средним периодом 11.1 года. Позже это правило стало называться законом Швабе-Вольфа.
Таким образом, 11-летний цикл солнечной активности был сначала открыт как цикл числа солнечных пятен. Об этом важно не забывать при трактовке основных законов солнечной цикличности с учетом новейших данных о различных активных образованиях на Солнце.
Циклам присваивается номер по цюрихской нумерации. Цикл с номером один начался в 1749 году. Циклу, который развертывается в настоящее время, присвоен номер 23.
Перед началом этого цикла солнечной активности приверженцы различных методов прогнозирования разделились на две группы: первая утверждала, что 23-й цикл будет маленьким, значительно ниже предыдущего, 22-го; вторая - наоборот предполагала значительную величину будущего цикла, так что он, по мнению этой группы исследователей, должен быть одним из самых больших по величине за всю историю подсчета чисел Вольфа.
Первые события после окончания эпохи минимума как будто бы свидетельствовали о том, что цикл будет большим. В частности, один из лучших методов диагностики величины максимума цикла по первым его проявлениям в геомагнитной активности привел к значениям 150-160 единиц чисел Вольфа. В сентябре 1997 года на диске Солнца появились две значительные по площади группы пятен, определившие первоначальную крутизну ветви роста 23-го цикла. Вообще, в статистике пятнообразовательной деятельности существует так называемое
правило Вальдмайера: высокие циклы обладают крутыми и короткими ветвями роста, а низкие - пологими и длинными. Поэтому к концу 1997 года можно было предполагать, что текущий цикл будет высоким. Этому заключению как будто бы благоприятствовал и достаточно динамичный характер развертывания вспышечной активности: протонные вспышки ноября этого же года, а также весной и осенью 1998 года.
Однако в самом конце 1998 года солнечная активность вдруг резко упала и оставалась на сравнительно низком уровне почти полгода, так что возникло впечатление, что эта флуктуация уже предшествует завершению ветви роста, и цикл может быть нестандартным, с короткой ветвью роста, но невысоким.
Это предположение не подтвердилось: последующий рост активности в 1999 году скомпенсировал отрицательную флуктуацию, и только затем мы непосредственно приблизились к эпохе максимума 23-го цикла.
Следует заметить, что в конце 2000 - начале 2001 годов на Солнце произошло достаточно резкое снижение всех видов активности. В дальнейшем, в течение всего 2001 г. наблюдался монотонный рост активности по кварталам, что явно указывает на образование второго максимума 23-го цикла солнечной активности. Этот рост можно наблюдать не только по числам Вольфа, но по другим характеристикам солнечной активности: потоку радиоизлучения на волне 10.7 см, площадям солнечных пятен, солнечным вспышках в рентгеновском и оптическом диапазонах.
В течение почти 3-х месяцев 2001 г. активность Солнца была очень низкой. Затем произошел резкий рост активности. Все началось с того, что 18 марта на Солнце произошло явление, называемое исчезновением волокна. Солнечные волокна (или протуберанцы, когда они видны на краю диска) - это устойчивая структура с большей плотностью и более низкой температурой относительно окружающего вещества солнечной атмосферы.
Это событие положило начало периоду высокой солнечной и геомагнитной активности, который длился более месяца. Наиболее интересными из них были следующие. В группе солнечных пятен (см. рис.1) - кстати, самой большой в текущем 11-летнем цикле - 29 марта произошла крупная солнечная вспышка. Поскольку группа в это время находилась на центральном меридиане Солнца (т.е. в наиболее геоэффективном положении), это привело к возникновению магнитной бури - одной из самых мощных в этом 11-летнем цикле. Через несколько дней в той же группе солнечных пятен произошла еще одна очень мощная за всю историю рентгеновских наблюдений Солнца вспышка. Сопоставимая по мощности вспышка 6 марта 1989 года привела к выходу из строя системы энергоснабжения в Квебеке (Канада). Но на этот раз нам повезло: соответствующая активная область была уже далека от геоэффективного положения на диске Солнца, поэтому геомагнитные возмущения, вызванные ею, оказались достаточно слабыми.
В апреле вспышечная активность продолжала оставаться высокой, что вызвало целую серию геомагнитных бурь (8, 11, 18 и 22 апреля).
Достаточно заметные геомагнитные возмущения затем произошли 17-19 августа, 21 октября, 5 и 24 ноября. Среднемесячное число Вольфа за сентябрь составило 150.7 единиц чисел Вольфа, что является вторым по величине среди среднемесячных значений в 23-м цикле.
Основной максимум текущего 23-го одиннадцатилетнего цикла солнечной активности наступил в апреле месяце 2000 года, второй максимум (понятие которого ввел М.Н. Гневышев) – в ноябре 2001. Из рис.2 видно, что монотонный ход кривой то и дело прерывается флуктуациями, так что в отдельные периоды, продолжительность которых достигает нескольких месяцев, число Вольфа принимает нетипичные для данной фазы значения.
Сильная флуктуированность кривой чисел Вольфа еще более выражена для их суточных значений. Заметим, что она вызвана не только реальными изменениями активности, но и тем обстоятельством, что активные области неравномерно распределены по долготам (существуют так называемые активные долготы), и из-за вращения Солнца со средним периодом около 27 суток: они то появляются на его видимой с Земли стороне, то исчезают. На рис.3 хорошо заметно также отличие в поведении от чисел Вольфа другого индекса пятнообразовательной деятельности Солнца – суммарных площадей пятен, особенно для периода октября – ноября 2003 года. Это связано с событиями, о которых следует рассказать подробнее.
В октябре на диске Солнца появились три группы пятен очень большой площади. Две из них вышли из-за восточного края, одна родилась вблизи центрального меридиана Солнца. Их уникальность заключалась в том, что самые большие пятна в них были видны невооруженным глазом.
Рис.4, полученный орбитальной обсерваторией SOHO, показывает, как эти пятна выглядели в белом свете. Там же для сравнения приведены размеры Земли.
Обычно мощные, энергичные события на Солнце характерны для второго максимума активности («максимума М.Н.Гневышева»), который предшествовал описываемым событиям в этом цикле двумя годами раньше. Однако 28 октября, 29 октября и 4 ноября 2003 года на Солнце произошли три очень мощные вспышки, наблюдаемые в рентгеновском диапазоне.
Регулярный мониторинг вспышек на Солнце в рентгеновском диапазоне ведется с 1976 года. Вспышка, которая произошла 28 октября, была третьей по мощности из числа всех наблюдаемых с 1976 года. Вспышка 2001 года на тот момент времени была самой мощной за всю историю предшествующих наблюдений, но область, в которой она возникла, была близка к западному краю Солнца. Соответственно, поток частиц был направлен не на Землю, а в сторону.
Вспышка 28 октября 2003 года произошла в активной области, когда она находилась на центральном меридиане Солнца. И поток частиц был направлен непосредственно на Землю. Последствием стала очень мощная магнитная буря, которая началась утром 29 октября и закончилась только вечером 31-го. Надо отметить, что влияние средних по мощности вспышек ощущается через двое-четверо суток. А потоки высокоэнергичных частиц от этой вспышки достигли магнитосферы Земли уже через несколько часов, поскольку, она испускала очень энергичные частицы с высокими скоростями, достигавших 2125 км/с. Соответственно, средний за день уровень геомагнитной возмущенности вырос 29 октября по сравнению с предыдущими сутками более, чем в 10 раз. Эта вспышка вызвала целую серию полярных сияний, которые наблюдались даже на весьма низких магнитных земных широтах, например, в Калифорнии.
| Самые мощные вспышки, начиная с 1976 года | ||
| Номер в порядке убывания мощности | День/мес./год | Рентгеновский класс |
| !!! | 04/11/03 | X28 |
| 1 | 02/04/01 | X20.0 |
| 2 | 16/08/89 | X20.0 |
| 3 | 28/10/03 | X17.2 |
| 4 | 06/03/89 | X15.0 |
| 5 | 11/07/78 | X15.0 |
| 6 | 15/04/01 | X14.4 |
| 7 | 24/04/84 | X13.0 |
| 8 | 19/10/89 | X13.0 |
| 9 | 15/12/82 | X12.9 |
| 10 | 06/06/82 | X12.0 |
| 11 | 01/06/91 | X12.0 |
| 12 | 04/06/91 | X12.0 |
| 13 | 06/06/91 | X12.0 |
| 14 | 11/06/91 | X12.0 |
| 15 | 15/06/91 | X12.0 |
| 16 | 17/12/82 | X10.1 |
| 17 | 20/05/84 | X10.1 |
| 18 | 29/10/03 | X10 |
| 19 | 25/01/91 | X10 |
Другая вспышка 29 октября вошла только в двадцатку наиболее мощных. Но знаменателен тот факт, что это была вторая весьма мощная вспышка в одной и той же активной области. Это достаточно редкое событие.
Вспышка же 4 ноября 2003 года была беспрецедентным событием. Это самая мощная из всех вспышек за период рентгеновских наблюдений. Если приводить оценки в баллах, то вспышка 28 октября измеряется как X17, вспышки 1989 и 2001 годов - X20, а этой исследователи присвоили балл X28. Геоэффективность этой вспышки была мала, потому что событие произошло на западном краю Солнца, и основная масса потока частиц прошла мимо нас, хотя геомагнитное возмущение наблюдалось уже к вечеру 4 ноября.
Однако активными областями не исчерпывается список явлений, оказывающих влияние на состояние Космической погоды. Внезапные исчезновения волокон, вызывающие выбросы корональной массы, потоки частиц, испускаемые корональными дырами, могут вызывать геомагнитные возмущения. Движение к минимуму 11-летнего цикла, который ожидается в 2006-2007 годах, скорее всего, будет сопровождаться некоторой нестандартной активностью Солнца.