Циклы солнечной активности

Солнечные бури

Теперь стоит коснуться того, как это обычно влияет на построение климата на нашей планете. Особенность Земли кроется в наличии магнитного поля, которое обеспечивает защиту от космической и солнечной радиации. Но как солнечные бури влияют на обстановку, на нашей планете?

Периодически на Солнце возникают различные процессы в виде вспышек, пятен, выбросов коронарной массы, ударных волн. Это порождает выброс энергетических частиц, которые стремительно разлетаются от Солнца в разные стороны. Некоторые из них проникают в магнитосферу Земли, что порождает возмущение магнитного поля, что именуется как магнитная буря. А ведь они оказывают влияние полностью на всю планету.

Всё это может закончиться разными последствиями. Суть в том, что солнечные бури вызывают определённые изменения не только в магнитном поле Земли, это затрагивает и другие слои атмосферы. Волнения в ионосфере, плазмасфере, магнитосфере приводят к возникновению токов и энергетических частиц. В конечном счёте, рождается индукционный эффект, который оказывает отрицательное влияние на работоспособность трубопроводных магистралей и линий электропередач (ЛЭП).

Как отмечают специалисты, в 1859 году солнечная активность породила самую мощную магнитную бурю в американском городе Каррингтон. Однако есть сведения, что другое событие, произошедшее в мае 1921 года, стало причиной трёх крупных пожаров в США, Канаде, Швеции. Эта буря по интенсивности даже затмила Каррингтонское происшествие.

Характеристика солнечных пятен

Самая главная особенность пятен – наличие в них сильных магнитных полей, достигающих наибольшей напряженности в области тени. Представьте себе выходящую в фотосферу трубку силовых линий магнитного поля. Верхняя часть трубки расширяется, и силовые линии в ней расходятся, как колосья в снопе. Поэтому вокруг тени магнитные силовые линии принимают направление, близкое к горизонтальному. Магнитное поле как бы расширяет пятно изнутри и подавляет конвективные движения газа, переносящие энергию из глубины вверх. Поэтому в области пятна температура оказывается меньше примерно на 1000 К. Пятно является как бы охлажденной и скованной магнитным полем ямой в солнечной фотосфере.Чаще всего пятна возникают целыми группами, но в них выделяются два больших пятна. Одно, небольшое, — на западе, а другое, поменьше, — на востоке. Вокруг них и между ними часто бывает множество мелких пятен. Такая группа пятен называется биполярной, потому что у больших пятен всегда противоположная полярность магнитного поля. Они как бы связаны с одной и той же трубкой силовых линий магнитного поля, которая в виде гигантской петли вынырнула из-под фотосферы, оставив концы где-то в глубоких слоях, увидеть их невозможно. Пятно, из которого выходит магнитное поле из фотосферы, имеет северную полярность, а то, в которое силовое поле входит обратно под фотосферу – южную.

Число волка или число солнечных пятен

Следующая формула позволяет количественно оценить солнечную активность, отмеченную R , как функцию количества пятен t , числа групп пятен g и коэффициента k, корректирующего результат в соответствии со средствами наблюдения (наблюдатель , инструмент и  т. д. ):
рзнак равноk(т+10грамм){\ Displaystyle R = К \, (T + 10 \, г)}.

Во время цикла 19 число Волков достигло 190, в то время как оно не превышало 70 в течение цикла 14. Несмотря на неточность, число Волков имеет интерес к существованию в течение 250 лет, в то время как ученый-наблюдатель с современными средствами имеет только несколько циклов в своем базы данных.

Что такое космическое излучение?

Главной опасностью космоса является проходящее сквозь него излучение. Больший вред человеческому организму могут нанести галактические и солнечные лучи. Первые возникают при вспышках сверхновых и прилетают в Солнечную систему извне. Такие вспышки возникают раз в 30-50 лет, но звезд во Вселенной очень много, поэтому поток галактических космических лучей никогда не останавливается и имеют очень высокую энергию. Солнечные лучи возникают при возникновении вспышек на Солнце и тоже имеют определенную энергию, но более низкую.

Космическая радиация губительна для человеческого организма

Интенсивность каждого типа изучения напрямую зависит от активности Солнца. При ее высокой активности возникает больше солнечного излучения, но в ходе этого процесса в окружающем пространстве (в который входят Земля и Марс) образуется гелиосфера — оболочка, которая защищает нас от галактических лучей. Ученые считают, что так как солнечные лучи обладают меньшей мощностью лучше, если на космических путешественников будут воздействовать они, чем мощное галактическое излучение.

Визуализация гелиосферы

Протуберанцы

Наиболее грандиозными образованиями в солнечной атмосфере являются протуберанцы. Это плотные облака газов, возникающие в солнечной короне или выбрасываемые в нее из хромосферы. Типичный протуберанец имеет вид гигантской светящейся арки, опирающейся на хромосферу и образованной струями и потоками более плотного, чем корона, вещества. Температура протуберанцев около 20 000 К. Некоторые из них существуют в короне несколько месяцев, другие, появляющиеся рядом с пятнами, быстро движутся со скоростями около 100 км/с и существуют несколько недель. Отдельные протуберанцы движутся с еще большими скоростями и внезапно взрываются; они называются эруптивными. Размеры протуберанцев могут быть разными. Типичный протуберанец имеет высоту около 40 000 км и ширину около 200 000 км.Имеется множество типов протуберанцев. На фотографиях хромосферы в красной спектральной линии водорода протуберанцы хорошо видны на диске Солнца в виде темных длинных волокон.

Области на Солнце, в которых наблюдаются интенсивные проявления солнечной активности, называются центрами солнечной активности. Общая активность Солнца периодически меняется. Существует множество способов оценивать уровень солнечной активности. Индекс солнечной активности – числа Вольфа W. W= k (f+10g), где k – коэффициент, учитывающий качество инструмента и производимых с его помощью наблюдений, f – полное число пятен, наблюдаемых в данный момент на Солнце, g – удесятеренное число групп, которые они образуют.Эпоху, когда количество центров активности наибольшее, считают максимумом солнечной активности. А когда их совсем или почти нет – минимумом. Максимумы и минимумы чередуются в среднем с периодом 11 лет – одиннадцатилетний цикл солнечной активности.

Известные циклы активности

Одиннадцатилетний

Этот период активности Солнца самый известный и более изученный. Также его называют законом Швабе-Вольфа, отдавая дань первооткрывателю этой периодичности светила. Название «одиннадцатилетний» несколько условно для данного цикла. Продолжительность его, например, в XVIII – XX веках колебалась от 7 до 17 лет, а в веке ХХ среднее значение составило 10,5 лет. В первые четыре года цикла происходит активное увеличение количества солнечных пятен. Также учащаются вспышки, число волокон и протуберанцев. В следующий период (около семи лет) количество пятен и активность уменьшаются. 11-летние циклы имеют различные высоты в максимумах. Их принято измерять в относительных числах Вольфа. Самым высоким индексом за всё время наблюдений отметился 19-й цикл. Его значение составило 201 единица, при минимуме около 40.

Двадцатидвухлетний

По сути, это двойной цикл Швабе. Он связывает пятна и магнитные поля звезды. Каждые 11 лет изменяется знак магнитного поля и положение магнитных полярностей групп пятен. Для возврата общего магнитного поля в начальное положение требуется два цикла Швабе, или 22 года.

Вековой

Этот цикл продолжается от 70 до 100 лет. Это модуляция одиннадцатилетних циклов. В середине прошлого века был максимум такого цикла, и следующий придётся на середину века нынешнего. Отмечена и двухвековая цикличность. В её минимумы (периоды около 200 лет) наблюдаются устойчивые ослабления солнечной активности. Они длятся десятки лет и носят название глобальных минимумов.

Также существуют циклы в 1000 и 2300 лет.

События

2020 г.

Солнечные вспышки в 2020 году

10

20

30

40

50

60

Янв

Фев

Мар

Апр

Может

Июн

Июл

Авг

Сен

Октябрь

Ноя

Декабрь

  • C
  • M
  • Икс

29 мая произошли первые солнечные вспышки C-класса 25-го солнечного цикла, а также первая вспышка M-класса. Солнечная активность продолжала возрастать в последующие месяцы, особенно резко в октябре, и к ноябрю почти ежедневно происходили вспышки. 29 ноября произошла вспышка M4.4, самая сильная из цикла на сегодняшний день, что, возможно, указывает на то, что солнечный цикл будет более активным, чем первоначально предполагалось.

8 декабря был обнаружен небольшой выброс корональной массы, направлявшийся прямо к Земле вскоре после сильной солнечной вспышки класса C, поразившей планету 9/10 декабря и вызвавшей яркие полярные сияния в высоких широтах.

2021 г.

Солнечные вспышки в 2021 году

10

20

30

40

50

Янв

Фев

Мар

Апр

Может

Июн

Июл

Авг

Сен

Октябрь

Ноя

Декабрь

  • C
  • M
  • Икс

Первая солнечная вспышка цикла X-класса произошла 3 июля, достигнув максимума в X1,59. Хотя это событие могло привести к возникновению CME, оно не было направлено на Землю.

22 июля впервые с 6 сентября 2017 года были замечены шесть пятен.

Да здравствует сюрприз?

Это только кажется, что белая и черная полосы настигают внезапно! Удачи, неудачи, личные кризисы, победы и поражения да даже определенные люди приходят в нашу жизнь не случайно, и более того… по расписанию! Не стоит понимать эту фразу буквально: конечно, не существует табло, на котором высвечиваются час и минута отправления «поезда любви» и «поезда разлуки». Зато есть китайский календарь, который предсказывает, каким окажется тот или иной год.

Так вот, календарь этот утверждает, что каждые 12 лет с нами происходят похожие события. Скажем, если 12 лет назад вы устроились на новую работу, обзавелись хобби, переехали, пошли учиться, то с большой долей вероятности ваша жизнь в текущем году развивается примерно поэтому же сценарию.

Хотите узнать, что вас ждет в этом году? Отмотайте пленку времени на 12 лет назад (вот где пригодился бы личный дневник!), проанализируйте, каким был для вас предыдущий период, и – это самое важное — сделайте выводы! Так, если 12 лет назад вам пришлось столкнуться с трудностями, подумайте, сможете ли вы не допустить их сейчас, или, по крайней минимизировать последствия?

Примечания и ссылки

  1. (in) Дибьенду Нанди , Адити Бхатнагар и Санчита Пал , «  Созревает 25-й цикл солнечных пятен: ранние признаки, предвещающие наступление  » , Research Notes of the AAS , vol.  4, п о  22 марта 2020 г., стр.  30
  2. Среднее количество месяцев за 12-месячный период.
  3. ↑ и
  4. Нельсон, Дж. Х., Корреляция распространения коротковолнового радио с положением планет, RCA Review, Принстон, штат Нью-Джерси, март 1951 г.
  5. Такахаши К., О связи между циклом солнечной активности и солнечной приливной силой, индуцированной планетами, Solar Physics, 3, 598-602, 1967.
  6. Бигг, Е.К., Влияние планеты Меркурий на солнечные пятна, Астрономический журнал, 72, 4, 463-466, 1967.
  7. в Google Книгах К. Д. Вуд, Исследовательский институт Денвера, 1968 — 23 страницы
  8. Близард Дж. Б., Прогнозирование солнечных вспышек на большие расстояния, Отчет НАСА, CR-61316, 1969.
  9. Амброз, П., Влияние планет на крупномасштабное распределение солнечной активности, Солнечная физика, 19, 482-482, 1971.
  10. Grandpierre, A., О происхождении периодичности солнечного цикла, Astrophysics and Space Science, 243, 393-400, 1996.
  11. (in) Николас Брем, Алекс Бейлисс, Маркус Кристл, Ханс-Арно Синал, Флориан Адольфи и др. , «  Одиннадцатилетние солнечные циклы за последнее тысячелетие, обнаруженные радиоуглеродом в кольцах деревьев  » , Nature Geoscience , vol.  14,Январь 2021 г., стр.  10-15 ( DOI   ).
  12. (in) Джон Вейер Роберт Кахалан , на earthobservatory.nasa.gov ,21 января 2003 г.(по состоянию на 30 ноября 2016 г. )
  13. Жан Мальбюре, «  В период максимумов солнечной активности  », Comptes Rendus Géoscience , vol.  351, п о  4,Апрель-май 2019, стр.  351-354 ( DOI   ), репродукция запечатанной крышки 1918 года.
  14. (in) Н. Скафетта, «  Проблемы моделирования и прогнозирования изменения климата: модели общей циркуляции CMIP5 в сравнении с полуэмпирической моделью, основанной на естественных колебаниях  » , International Journal of Heat and Technology , vol.  34, п о  2 (специальный выпуск),2016 г., S435-S442 ( DOI   ).

Другие солнечные циклы

Помимо 11-тилетнего и 22-хлетнего солнечных циклов наблюдаются и другие периодичные изменения солнечной активности. Так, например, солнечные максимумы и минимумы также демонстрируют колебания в масштабах века, что называется «цикл Гляйсберга» и имеет период 70 — 100 лет. Существует также двухсотлетний солнечный цикл («цикл Зюсса» или «цикл де Врие»), минимум которого называется «глобальным» и определяется как заметное снижение солнечной активности в течении десятков лет раз в два века.

Примечательно, что во время «глобальных минимумов» наблюдается не только уменьшение количества солнечных пятен, но также и значительные похолодания на Земле. Наиболее известным таким периодом является минимум Маундера (1645—1715), во время которого длился так называемый «малый ледниковый период». Однозначная взаимосвязь этих явлений не обнаружена, однако наблюдается совпадение (корреляция) вековых солнечных циклов с изменениями температуры на Земле. Причины самих вековых циклов Солнца также явно не определены. Вполне вероятно, что эти циклы вызваны не природой звезды, а динамикой неких внешних объектов, например, вращением крупного звездного скопления в центре Млечного Пути. https://www.youtube.com/watch?v=cDrBDfXyDuM

Причина циклов Солнца

Несмотря на то, что солнечные явления несомненно изменяются периодично, 11 лет – это лишь среднее значение такого периода, который может расположиться в диапазоне от 7-ми до 17-ти лет.

Известно, что Солнце влияет не только на освещенность и температуру Земли, но также и на ее магнитное поле. Так иногда можно наблюдать неправильные, как бы случайные, колебания стрелки в ту или другую сторону. В разные дни они достигают разной величины. Бывают дни, когда амплитуда колебаний настолько значительна, что колебания можно наблюдать даже при помощи обычного компаса. Такие быстрые изменения земного магнетизма называются магнитными бурями. Энергия магнитных бурь изредка даже способна вызывать аварии в электрических сетях.

Если подсчитать число магнитных бурь за каждый год, а потом построить график, представляющий ход годвого числа бурь со временем, то получится кривая с максимумами, чередующимися через 11 лет. На данном графике I – амплитуды суточных колебаний склонения магнитной стрелки, II – амплитуды суточных колебаний горизонтальной составляющей магнитного поля, III – относительные числа солнечных пятен.

График солнечного цикла

Таким образом, причина, вызывающая периодизацию солнечных пятен, также периодично влияет на изменение магнетизма Земли. Кроме того, было замечено, что магнитная буря случается чаще всего после того, как через середину видимого полушария Солнца проходи группа крупных и бурно развивающихся пятен.

Позже была заметна и 11-летняя периодичность количества полярных сияний, и некоторых других явлений, протекающих в атмосфере Земли. Примечательно, что указанные изменения на Земле запаздывают против соответствующих им явлений на Солнце примерно на 1-2 суток. Так как солнечный свет доходит до Земли за 8 минут, причина периодизации указанных явлений на Земле не связана с ним.

В связи с развитием технологий, в 1908-м году американский астроном Джордж Хейл обнаружил магнитное поле Солнца. Дальнейшее его изучение привело к тому, что именно магнитное поле нашей звезды, а также его изменения вызывают описанные выше явления.

Солнечные пятна

Магнитное поле на уровне группы холодных пятен солнечной фотосферы (интенсивность выражена в гс). Цветовые уровни описывают составляющую магнитного поля вдоль луча зрения. Белые линии показывают компонент поля, перпендикулярный лучу зрения. Изображение получено из наблюдений солнечного телескопа THEMIS и обработано BASS 2000.

Две тысячи лет назад греческие и китайские астрономы говорили в своих трудах о темных пятнах на Солнце, форма и местоположение которых изменились. В апреле 1612 года Галилей первым подробно наблюдал за ними с помощью астрономического телескопа . Затем обсерватории в Цюрихе в продолжении наблюдения.

Они появляются в фотосфере как темная зона (тень), окруженная более светлой областью (полутенью), холоднее окружающей фотосферы ( 4500  K против примерно 5800  K для фотосферы ) и из-за охлаждения в результате ингибирования поверхностная конвекция за счет локального увеличения магнитного поля. Их наибольший размер может достигать десятков тысяч километров .

Пятна часто появляются группами и часто сопровождаются другими пятнами противоположной магнитной полярности (биполярная группа пятен). В начале солнечного цикла пятна предпочтительно появляются на высокой широте в обоих полушариях (около 40 °  ; кроме того, первые пятна группы обычно имеют одинаковую полярность. Двигайтесь ближе к экватору до начала следующего цикла. ; в этот момент полярность пятен должна измениться. Изучая движение этих солнечных пятен, астрономы смогли сделать вывод, что экваториальные области Солнца вращались быстрее, чем его полярные зоны, прежде чем это произошло с помощью других, более современных средств, такие как эффект Доплера-Физо .

Солнечные пятна темнее и холоднее, чем поверхность Солнца, и поэтому уменьшают интенсивность солнечного излучения. Но они сопровождаются светящимися точками, которые увеличивают интенсивность солнечного излучения. Преобладает влияние световых точек, поэтому солнечная радиация выше в периоды сильной солнечной активности (радиация выше нормы примерно в 0,1%).

Наблюдать за пятнами очень просто, и вы сможете увидеть вращение Солнца вокруг себя за 27 дней. Астрономы рекомендуют никогда не смотреть прямо на Солнце без подходящих очков из-за высокого риска ожога сетчатки. Простая система косвенного наблюдения состоит, например, в проецировании изображения Солнца на лист бумаги с помощью бинокля.

История

Если смотреть с Земли , влияние Солнца меняется в основном в течение дня и года. В абсолютном выражении активность регулируется солнечным циклом  (в) со средним периодом 11,2 года — от одного максимума до следующего — но продолжительность может варьироваться от 8 до 15 лет. Амплитуда максимумов может варьироваться от простой до тройной. 11-летний цикл был впервые определен немецким астрономом- любителем Генрихом Швабе около 1843 года .

В 1849 году , швейцарский астроном Johann Рудольф Вольф ( — +1893 ) создал метод расчета солнечной активности на основе количества пятен. Циклы Швабе пронумерованы от максимального числа (см. Таблицу).

Цикл 24 начался в 2008 году и закончился в начале 2020 года, как было предположено из-за инверсии солнечного магнитного поля, о которой сообщила индийская группа. Центр прогнозирования космической погоды прогнозирует максимум 25-го цикла на 2025 год и, как ожидается, будет иметь 115 точек.


400 лет наблюдений за пятнами.

Солнечные циклы с 1755 г. Максимальное и минимальное количество солнечных пятен — это количество солнечных пятен, перечисленное ежемесячно.
п о  Начинать Конец Продолжительность Максимум Максимальное количество мест Минимальное количество точек (конец цикла) Количество дней без пятен Комментарии
Август 1755 г. Март 1766 г. 11,3 Июнь 1761 г. 86,5 11.2
1766 г. 1775
1775 1784
1784 1798 Возможно, на самом деле два цикла, один из которых, следовательно, длился бы менее 8 лет.
1798 1810 г. 1804 г.
1810 г. 1823 г. 1816 г.
1823 г. 1833 г. 1828 г.
1833 г. 1843 г. 1838 г.
1843 г. 1855 г. 1848 г.
1855 г. 1867 г. 1860 г.
1867 г. 1878 г. 1872 г.
1878 г. 1890 г. 1884 г.
1890 г. 1902 г. 1894 г.
1902 г. 1913 г. Февраль 1906 г. 64,2 Цикл низкой активности.
1913 г. 1923 г. 1917 г. Начало современного максимума .
1923 г. 1933 г. 1928 г.
1933 г. 1944 г. 1939 г.
1944 г. 1954 г. 1947 г.
1954 г. 1964 г. 1958 г. ~ 190 Максимум современного максимума .
1964 г. 1976 г. 1968 г.
21 год 1976 г. 1986 г. девятнадцать восемьдесят один
1986 г. Май 1996 г. 1991 г.
Май 1996 г. 4 января 2008 г. 11,6 Март 2000 г. 120,8 805 Среднемесячный минимум: 1,7. Возможно, последний цикл современного максимума .
4 января 2008 г. декабрь ( 1 — й  пик) в начале ( 2 г пик) 99 101 Цикл низкой активности.
декабрь Ожидается около 2031 г. Планируется к Июль 2025 г. Ожидается 115 +/- 10

В связи с 11-летним циклом существует 22-летний цикл, который касается солнечного магнитного поля. Действительно, полярности последних меняются с каждым новым 11-летним циклом. Цикл в 179 лет также можно выделить в связи с циклом газовых планет-гигантов Юпитера и Сатурна. Теория, разработанная Нельсоном (1951), Такахаши (1967), Биггом (1967), Вудом (1968), Близардом (1969), Амброзом (1971), Гранпьером (1996) и Хунгом (2007), приводит в качестве причины этого цикла солнечные «приливы» , вызванные планет в Солнечной системе , главным образом , Венера , Земля , Меркурий , Марс , Юпитер и Сатурн . Чинг-Че Хунг из НАСА показал взаимосвязь между положением вызывающих приливы планет , Меркурия, Венеры, Земли и Юпитера, и 25 солнечных бурь среди 38 самых важных в истории (вероятность того, что такая связь возникла случайно). будет 0,039%). Хунг также выделил 11-летний цикл, описанный группой Венера-Земля-Юпитер, соответствующий циклу солнечных пятен.

Вольф также заметил цикл изменения максимумов за период в 90 лет.

В годы максимальной активности увеличивается:

  • количество солнечных пятен и солнечных лучей  ;
  • излучение частиц;
  • электромагнитное излучение.

Регулярное наблюдение активности Солнца с помощью солнечных пятен, восходит к семнадцатому — го  веку. Эта активность также регистрируется в кольцах деревьев по их исходной концентрации углерода-14 (напрямую связанной с интенсивностью космических лучей ), которая может быть определена по их текущей концентрации, когда кольца точно датированы. В 2020 году исследование такого типа реконструирует историю концентрации 14 C в воздухе за весь период с 969 по 1933 год. Исследование подтверждает наличие цикла Швабе с 969 года, а также особенно энергичного события 993 года . Также происходят два подобных события, о которых ранее не сообщалось: в 1052 и 1279 годах.

Прогнозы

Широко варьирующиеся прогнозы относительно силы 25-го цикла варьировались от очень слабых с предположениями о медленном прохождении до минимального состояния Маундера, до слабого цикла, подобного предыдущему 24-му циклу, и даже сильного цикла. Аптон и Хэтэуэй предсказали, что слабость 25-го цикла сделает его частью современного минимума Глейсберга . Один опубликованный прогноз (очень слабого цикла) был отозван из-за фундаментальных ошибок.

Группа прогнозов солнечного цикла 25 предсказала в декабре 2019 года, что 25-й солнечный цикл будет аналогичен солнечному циклу 24 с минимумом предшествующего солнечного цикла в апреле 2020 года (± 6 месяцев), а количество солнечных пятен достигнет (сглаженного) максимума 115. в июле 2025 г. (± 8 мес.). Это предсказание согласуется с текущим общим соглашением в научной литературе, согласно которому 25-й цикл солнечной активности будет слабее среднего (то есть слабее, чем во время исключительно сильного Современного максимума ).

Прогнозы цикла 25
Источник Дата Максимальный цикл Начало цикла Конец цикла
Томпсон, М.Дж. и др . Август 2014 г. 4 квартал 2019 г.
Жаркова В. и др. 2014, 2015 . (Нортумбрия U.) Октябрь 2014 г. 80% цикла 24
Аптон, Лос-Анджелес, и Хэтэуэй, DH (Группа солнечных обсерваторий, Стэнфордский университет) Декабрь 2018 г. 95% цикла 24 Конец 2020 г. — начало 2021 г.
Xu, JC et al . (Китайская академия наук) Август 2018 г. 152,2–184,8 (2024) Октябрь 2020
Бховмик, П. и Нанди, Д. (IISER, Калькутта) Декабрь 2018 г. 109–139 (2023–2025) 2020 г. после 2031 г.
Ozguc, A. et al . (Гарвардский университет) Декабрь 2018 г. 154 ± 12 (2023,2 ± 1,1)
NOAA / SSRC Апрель 2019 95–130 (2023–2026) середина 2019 — конец 2020
НАСА Июнь 2019 На 30–50% ниже, чем в цикле 24 (2025 г.) 2020 г.
NOAA / SSRC (обновление) Декабрь 2019 г. 105–125 (июль 2025 г.) Апрель 2020 г. (± 6 месяцев)
Национальный центр атмосферных исследований Декабрь 2020 г. 233

Кое-что о солнечном цикле

Сам термин означает колебания магнитного поля светила с определённой периодичностью, когда оба полюса (Южный и Северный) обмениваются своей локацией. Это приводит к изменению размеров и количества пятен, уровня солнечной радиации, включая выбросы звезды (корональные петли, вспышки). Всё это, так или иначе, оказывает влияние на климат.

Солнечный цикл делится на несколько временных промежутков:

  • 11-летний – Швабе.
  • 22-летний – Хейл.
  • Вековой – Гляйсберг.
  • Тысячелетний – Холлстатт.

На протяжении конкретного отрезка времени уровень активности горячей звезды меняется.

11-летний

Данный цикл открыл немецкий астроном и ботаник Генрих Швабе. Он демонстрирует усиление активности магнитных полей с последующим ослаблением, что длится на протяжении 11 лет.

В течение первых 4 лет количество солнечных пятен существенно увеличивается. При этом области, где они образуются, сдвигаются в сторону солнечного экватора. Одновременно с этим возникают протуберанцы крупного размера, а также появляются яркие вспышки. Остальные 7 семь лет активность звезды постепенно падает.

Солнечный цикл Генриха Швабе длится без малого 11 лет. До наступления XX века его длительность варьировалась между 7 и 18 лет, а в середине прошлого столетия он длился уже 10,5 лет. Начало текущему циклу было положено в 2009 году.

Швейцарец Рудольф Вольф создал специальную схему, которая позволяет подсчитывать количество пятен на солнце. Она известна как индекс Вольфа. Самый первый 11-летний период начался с 1755 и длился до 1766 года. При помощи индекса Вольфа ведётся подсчёт изменений (минимум и максимум). Наибольшая активность солнца приходится на 19 цикл. Минимальный показатель Вольфа составил 40, а максимальный – 201.

22-летний

Упомянутая смена положений магнитных полюсов (Северного и Южного) происходит как раз в течение всего 11-летнего цикла Швабе. А чтобы они заняли своё первоначальное положение, нужно ещё 11 лет. В итоге такая периодичность превращается в 22-летний солнечный цикл.

Вековой

Его длительность составляет 85 лет и имеет связь с 11-летним периодом Генриха Швабе. Он отражает максимальные показатели изменений на солнце. Последний раз максимальный показатель вековой цикличности был в 19 цикле Швабе. Следующая активность солнца должна случиться в середине XXI века.

Тысячелетний

Все упомянутые изменения вписываются в более обширный солнечный цикл, продолжительность которого составляет более 2 300 лет. Он был открыт в результате проведённых измерений радиоактивного изотопа углерода атмосферы Земли.

Изменения солнечного сияния

Долгое время учёные не видели прямой связи общей светимости Солнца с численностью пятен на его поверхности, что порождало споры. В наши дни эта взаимосвязь стала очевидной. На сияние звезды оказывает влияние солнечный цикл – в периоды максимума оно на 0,07 % больше, чем во время минимумов.

Признанные учреждения по мониторингу и исследованию строит прогнозы в отношении начавшегося солнечного цикла № 25. По некоторым данным, минимальные и максимальные показатели солнечной активности должны произойти в 2023 и 2026 году соответственно. При этом самая большая численность пятен должна составить 95-130.

Разрушение магнитного поля Солнца приводит к ультрафиолетовому и рентгеновскому излучению, а также выбросу энергетических частиц и всё это устремляется в сторону Земли. Впоследствии это оказывает существенное воздействие на верхнюю часть солнечной атмосферы. В наше время это уже зовётся «космической погодой».

Сказание о том, как солнечный цикл влияет на погоду

С 1645 по 1715 годы наблюдалось минимальная численность пятен на солнце. Вместе с этим на территории Европы и странах Северной Америки было замечено снижение температуры. Этот период получил название по фамилии астрономов Эдварда и Энни Маундер (муж и жена).

В исследованиях, проводимых в 2010 году, сравнивались температурные рекорды с 1659 года, что включает максимально низкий показатель с 1683 по 1684 года. Это была самая холодная зима центральной Англии в истории.

Учёные пришли к выводу, что солнечная активность с 1985 года начала снижаться. В период с самой холодной зимой (1683-1684 гг.) было замечено замедление вращения солнца. Предположительно существует риск с вероятностью 8%, что минимальные условия Маундера могут вернуться в течение последующих 5 десятков лет.

Солнечная активность

Details
Category: Солнце
Published on Thursday, 04 October 2012 13:03
Hits: 19552

Солнечная активность – это совокупность явлений, периодически возникающих в солнечной атмосфере. Проявления солнечной активности связаны с магнитными свойствами солнечной плазмы.

Что же вызывает возникновение солнечной активности? Постепенно увеличивается магнитный поток в одной из областей фотосферы. Затем здесь увеличивается яркость в линиях водорода и кальция. Такие области называются флоккулами.

Примерно в тех же участках на Солнце в фотосфере (т.е. несколько глубже) при этом также наблюдается увеличение яркости в белом (видимом) свете. Это явление называется факелами.

Увеличение энергии, выделяющееся в области факела и флоккула – следствие увеличившейся напряженности магнитного поля.Через 1-2 дня после появления флоккула в активной области возникают солнечные пятна в виде маленьких черных точек – пор. Многие из них вскоре исчезают, лишь отдельные поры за 2-3 дня превращаются в крупные темные образования. Типичное солнечное пятно имеет размеры в несколько десятков тысяч километров и состоит из темной центральной части (тени) и волокнистой полутени.

Примечания

  1. Phillip Chamberlin, William Dean Pesnell, Barbara Thompson. The Solar Dynamics Observatory. — Springer, 2012. — С. 4.
  2. Dr. Tony Phillips . Solar Cycle 24 Begins,NASA (10 января 2008). Дата обращения 29 мая 2010.
  3. Обзор ИЗМИРАН за 7 февраля 2010 года
  4. Early Astronomy and the Beginnings of a Mathematical Science (неопр.) .NRICH (University of Cambridge) (2007). Дата обращения 14 июля 2010. Архивировано 28 октября 2012 года.
  5. The Observation of Sunspots (неопр.) // UNESCO Courier. — 1988. Архивировано 28 июня 2012 года.
  6. Schwabe H. Sonnenbeobachtungen im Jahre 1843 (англ.) // Astronomische Nachrichten. — Wiley-VCH, 1844. — Vol. 21. — P. 233.
  7. The Sun — History
  8. Найдена неожиданная связь трёх планет с Солнцем (неопр.) . AstroNews. Новости космоса (6 октября 2016).

Сбои циклов

Но не всё вписывается в рамки цикличности. Солнце имеет свой характер, и иногда проявляется его своеобразие. Например, 23-й солнечный цикл должен был завершиться в 2007 – 2008 годах. Но не завершился, и чем вызван такой феномен, пока не понятно. Получается, что солнечные циклы – незакономерная закономерность нашего светила.

В 2012 году, вместо предполагаемого максимума активности, она упала ниже отметки 2011 года. Весь последний уровень солнечной активности в 4 раза ниже высших значений, известных за 260 лет наблюдений.

С середины 2006 до середины 2009 годов Солнце было в глубоком минимуме. Этот период характерен несколькими рекордами спада активности. Отмечались наименьшие показатели скорости солнечного ветра. Наблюдалось максимальное число дней без пятен. Активность вспышек упала к нулю. Из этого вытекают возможные варианты дальнейшего поведения Солнца. Если считать, что в каждом цикле звезда высвобождает определенное количество энергии, то после нескольких лет пассивности, она должна эту энергию выбросить. То есть, новый цикл должен быть очень быстрым и достичь высочайших значений.

Предельно высокие максимумы за все годы наблюдений не фиксировались. А вот исключительные минимумы отмечались. Из этого следует, что провал активности – намёк на сбой солнечных циклов.

Видимые изменения Солнца

В связи с циклами Солнца были замечены периодические изменения и других солнечных явлений. К таким относятся другие объекты, возникающие на Солнце – флоккулы, факелы и протуберанцы. Флоккулы – яркие и плотные волокнистые образования в одном из слоев Солнца – хромосфере. Факелы – яркие поля, которые обычно окружают солнечные пятна. Количество обоих этих наблюдаемых объектов меняется так же, как и количество пятен, и в те же годы достигает максимума и минимума.

Другим явлением, которое также имеет 11-летний период, являются протуберанцы – пучки солнечного вещества, которые поднимаются над поверхностью звезды и некоторое время находятся в таком положении посредством воздействия магнитного поля Солнца. Однако, в отличие от флоккул и факелов, наибольшее количество протуберанцев наблюдается не в годы максимума Солнца, а за 1-2 года до этого.

Еще одно явление, которое, как оказалось, изменяется с 11-летним периодом это форма солнечной короны – внешний слой Солнца, который можно частично наблюдать без специального инструментария, закрыв перед собой нашу звезду круглым предметом, например, монеткой. В годы максимума она имеет наибольшее развитие и ее многочисленные пучки лучей и струй расходятся во всех направлениях, образуя сияние примерно округлых очертаний. В годы минимума она оказывается состоящей только из двух ограниченных пучков, распространяющихся в плоскости экватора.

В связи с периодизацией наблюдаемых вышеупомянутых явлений, которые хоть и имеют одинаковый период, отличаются своими годами максимума/минимума, принято говорить не об одиннадцатилетнем периоде пятен, а об одиннадцатилетнем периоде солнечной активности. Под этим подразумевается как вся совокупность наблюдаемых на Солнце образований и явлений, так и неизвестная нам причина, заставляющая их периодически меняться.