Солнечная активность

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Последние 30 лет солнечной активности.

Солнечная активность — комплекс явлений и процессов, связанных с образованием и распадом в солнечной атмосфере сильных магнитных полей.

История изучения солнечной активности[править | править вики-текст]

400 летняя история числа солнечных пятен.

Наиболее изученный вид солнечной активности (СА) — изменение числа солнечных пятен. Первые сообщения о пятнах на Солнце относятся к наблюдениям 800 г. до н. э. в Китае, первые рисунки относятся к 1128 г. В 1610 г. астрономы начали использовать телескоп для наблюдения Солнца. Первоначальные исследования фокусировались на природе пятен и их поведении[1]. Несмотря на то, что физическая природа пятен оставалась неясной вплоть до XX века, наблюдения продолжались. В XV и XVI вв. исследования были затруднены по причине их малого количества, что сейчас рассматривается как продолжительный период низкой СА, называемый минимумом Маундера. К XIX веку уже имелся достаточно продолжительный ряд наблюдений числа пятен, чтобы определить периодические циклы в активности Солнца. В 1845 г. профессора Д.Генри и С.Александер из Принстонского университета наблюдали Солнце с помощью термометра и определили, что пятна излучают меньше радиации по сравнению с окружающими областями Солнца. Позже было определено излучение выше среднего в областях факул[2].

Связь изменений СА и климата Земли исследуется начиная с 1900 года. Ч. Г. Аббот из Смитсонианской обсерватории (САО) был занят изучением активности Солнца. Позже, будучи уже главой САО, он учредил солнечную обсерваторию в Калама (Чили) для дополнения наблюдений, которые проводились в Маунт-Вильсон. Результатом этой работы стало определение 27 гармонических периодов СА в пределах цикла Хейла, включая циклы периодом 7, 13 и 39 месяцев. Также прослеживалась связь этих периодов с погодой посредством сопоставления солнечных трендов с температурой и уровнем осадков в городах. С появлением дисциплины дендрохронологии начались попытки установить связь скорости роста деревьев с текущей СА и последующей интерпретацией прежних периодов[3]. Статистические исследования связи погоды и климата с СА были популярны на протяжении столетий, начиная по крайней мере с 1801 года, когда У.Гершель заметил связь между количеством солнечных пятен и ценами на пшеницу[4]. Сейчас эта связь устанавливается с использованием обширных наборов данных, полученных наземными станциями и метеорологическими спутниками, с применением погодных моделей и наблюдений текущей активности Солнца[5].

Солнечные пятна[править | править вики-текст]

График, демонстрирующий показатели солнечной активности, включая число пятен и космогенное образование изотопов.
Восстановленная солнечная активность за последние 11 400 лет. Период высокой активности («Солнечный оптимум») примерно 8 000 лет назад также отмечен.
Солнечная активность, отраженная в радиоизотопном маркере углерода.

Солнечные пятна — это области на поверхности Солнца, которые темнее окружающей их фотосферы, так как в них сильное магнитное поле подавляет конвекцию плазмы и снижает её температуру примерно на 2000 градусов. Связь общей светимости Солнца с количеством пятен является предметом споров, начиная с первых наблюдений за числом и площадью солнечных пятен в XVII веке[6][7]. Сейчас известно, что взаимосвязь существует — пятна, как правило, менее чем на 0,3 % уменьшают светимость Солнца и вместе с тем увеличивают светимость менее чем на 0,05 % путем образования факул и яркой сетки, связанной с магнитным полем[8]. Влияние на солнечную светимость магнитно-активных областей не было подтверждено вплоть до первых наблюдений с ИСЗ в 1980-х годах[9]. Орбитальные обсерватории «Нимбус 7», запущенная 25 октября 1978 года, и «Солнечный максимум», запущенная 14 февраля 1980 года, определили, что благодаря ярким областям вокруг пятен, общий эффект заключается в увеличении яркости Солнца вместе с увеличением числа пятен. Согласно данным, полученным с солнечной обсерватории «SOHO», изменение СА соответствует также незначительному, ~0.001 %, изменению диаметра Солнца[10].

Количество солнечных пятен характеризуется с помощью числа Вольфа, которое известно также как цюрихское число. Этот индекс использует комбинированное число пятен и число групп пятен, а также учитывает различия в наблюдательных приборах. Используя статистику числа солнечных пятен, наблюдения за которыми осуществлялось в течение сотен лет, и наблюдаемые взаимосвязи в последние десятилетия, производятся оценки светимости Солнца за весь исторический период. Также, наземные инструменты калибруются на основании сравнения с наблюдениями на высотных и космических обсерваториях, что позволяет уточнить старые данные. Другие достоверные данные, такие как наличие и количество радиоизотопов, происхождение которых обусловлено космическим излучением (космогенных), используются для определения магнитной активности и — с большой вероятностью — для определения солнечной активности.

Используя данные методики в 2003 году было установлено, что в течение последних пяти 11-летних циклов количество пятен на Солнце должно было быть максимальным за последние 1150 лет[11]. Числа Вольфа за последние 11 400 лет определяются путем использования дендрохронологического датирования концентраций радиоуглерода. Согласно этим исследованиям, уровень СА в течение последних 70-ти лет является исключительным — последний период со схожим уровнем имел место 8 000 лет назад. Солнце имело схожий уровень активности магнитного поля всего ~10 % времени из последних 11 400 лет, причем практически все предыдущие периоды были более короткими по сравнению с современным[12].

Фотография, показывающая активность Солнца в мае 2013 г.
Изменения солнечной активности с приблизительной датировкой:
Название периода Начало Завершение
Минимум Оорта (см.Средневековый тёплый период) 1040 1080
Средневековый Максимум (см.Средневековый тёплый период) 1100 1250
Минимум Вольфа 1280 1350
Минимум Шпёрера 1450 1550
Минимум Маундера 1645 1715
Минимум Дальтона (Д. Дальтон) 1790 1820
Современный Максимум 1950 2004
Современный Минимум 2004 (сейчас)

Исторический список Больших Минимумов СА[13]: 690 AD, 360 BC, 770 BC, 1390 BC, 2860 BC, 3340 BC, 3500 BC, 3630 BC, 3940 BC, 4230 BC, 4330 BC, 5260 BC, 5460 BC, 5620 BC, 5710 BC, 5990 BC, 6220 BC, 6400 BC, 7040 BC, 7310 BC, 7520 BC, 8220 BC, 9170 BC.

Солнечные циклы[править | править вики-текст]

Солнечными циклами называются периодические изменения в солнечной активности. Предполагается наличие большого количества циклов с периодами 11, 22, 87, 210, 2300 и 6000 лет. Основные циклы продолжительностью 11, 22 и 2300 лет носят также название, соответственно, циклов Швабе, Хейла и Холлстатта.

Максимальные числа солнечных пятен в 11-летних циклах
по сглаженным среднемесячным данным (1755 → 2008)[14]

См. также[править | править вики-текст]

Примечания[править | править вики-текст]

  1. Великие моменты в истории физики Солнца (en). Great Moments in the History of Solar Physics. Проверено 26 февраля 2010. Архивировано из первоисточника 21 мая 2013.
  2. Arctowski, Henryk (1940). «О Солнечных Факелах и изменениях Солнечной константы. (en)» (PDF). PNAS 26 (6): 406–411. DOI:10.1073/pnas.26.6.406.
  3. H.C. Fritts, 1976, Кольца деревьев и климат (англ. Tree Rings and Climate), London: Academic Press.
  4. William Herschel (1738–1822). High Altitude Observatory. Проверено 27 февраля 2008. Архивировано из первоисточника 21 мая 2013.
  5. (2006) «The Influence of the Solar Cycle and QBO on the Late Winter Stratospheric Polar Vortex» (PDF). EOS Trans. AGU 87 (52): Fall Meet. Suppl., Abstract #A11B–0862. DOI:10.1029/2006EO300005.
  6. Eddy, J.A., Samuel P. Langley (1834—1906), Journal for the History of Astronomy, 21, 111—120, 1990.
  7. The effect of sunspots and faculae on the solar constant, P. V. Foukal, P. E. Mack, and J. E. Vernazza, The Astrophysical Journal, volume 215 (1977), page 952 DOI: 10.1086/155431
  8. Observations of solar irradiance variability, Willson, et al. (1981), Science, 211, p.700
  9. Светимость Солнца в течение полного солнечного цикла (en). Nature, 351, 42 - 44 (1991). Проверено 10 марта 2005. Архивировано из первоисточника 8 апреля 2012.
  10. Dziembowski, W.A.; P.R. Goode, and J. Schou (2001). «Does the sun shrink with increasing magnetic activity?». Astrophysical Journal 553: 897–904. DOI:10.1086/320976.
  11. Usoskin, Ilya G. (2003). «A Millennium Scale Sunspot Number Reconstruction: Evidence For an Unusually Active Sun Since the 1940’s» (PDF). Physical Review Letters 91: 211101. DOI:10.1103/PhysRevLett.91.211101.
  12. Usoskin, Ilya G. (2004). «Unusual activity of the Sun during recent decades compared to the previous 11,000 years» (PDF). Nature 431: 1084–1087. DOI:10.1038/nature02995., 11,000 Year Sunspot Number Reconstruction. Global Change Master Directory. Проверено 11 марта 2005. Архивировано из первоисточника 24 апреля 2012.
  13. Usoskin, Ilya G. (2007). «Grand minima and maxima of solar activity: new observational constraints» (PDF). Astron.Astrophys. 471: 301–309. DOI:10.1051/0004-6361:20077704.
  14. SIDC — Solar Influences Data Analysis Center

Литература[править | править вики-текст]

Ссылки[править | править вики-текст]