Солнечные циклы

Активность нашей звезды временами меняется, и происходит это с определённой периодичностью. Эти периоды и называют солнечными циклами. За солнечные циклы отвечает магнитное поле звезды. Вращение Солнца отличается от вращения твёрдых тел. Разные области звезды обладают различными скоростями, что и определяет величину поля. И оно проявляется в фотосфере солнечными пятнами. Каждый цикл характеризуется сменой полярности магнитного поля.

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.

Влияние на нашу жизнь

Как считает М. Гухатхакурта, астрофизик НАСА, не только солнечные максимумы воздействуют на нашу жизнь, но и минимумы тоже. Чередование фаз изменения солнечной активности имеет свою специфику и вредные последствия. В солнечные циклы, на максимумах, обостряются риски сбоя в работе различного оборудования. Более интенсивное ультрафиолетовое облучение нагревает атмосферу, увеличивая её объём. Усиливается лобовое сопротивление, воздействующее на спутники и на МКС. Они мощнее притягиваются к Земле, и приходится корректировать их орбиты. Но от этого есть и некоторая польза: Из-за усиления притяжения космический мусор также устремляется к планете, сгорая в плотных атмосферных слоях.

В минимумы циклов интенсивность ультрафиолетового излучения падает, и от этого атмосфера Земли охлаждается и уменьшается в объёме. Солнечный ветер ослабевает, но усиливается поток космических лучей.

Опубликованы данные норвежских учёных, из которых вытекает, что люди, рождённые в год спокойного Солнца, живут дольше примерно на 5 лет. Были отслежены время рождения и смерти 8600 человек в двух населённых пунктах за период от 1676 до 1878 годов. Этот период выбрали потому, что на него существуют данные за 11-летний цикл активности Солнца. Но механизм влияния активности Солнца на продолжительность жизни пока не ясен.

С цикличностью солнечной активности тесно связаны глобальные события, происходящие на нашей планете. Самые известные эпидемии чумы, холеры, а также учащение наводнений и засух приходятся именно на максимумы активности Солнца. С этим явлением связываются и социальные потрясения. Революции и большие войны тоже укладываются в систему цикличности.

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.

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.

Источник

Цикл солнечной активности

Изменения активности Солнца, возникающие с особой периодичностью, называются солнечный цикл. Они отражают появление сильных магнитных полей, проявляющихся в фотосфере в виде темных солнечных пятен.

Наблюдать за этим явлением нашей звезды начали еще в древности. Впервые пятна на Солнце разглядели еще в Китае около 3 тысяч лет назад. Появление первых телескопов способствовало более детальному изучению небесного светила. Была установлена периодичность появления пятен в фотосфере, их поведение, а также связь с изменениями погоды и климата на Земле. В 19 веке удалось систематизировать все сведения и вычислить циклы Солнца.

В наше время связь между процессами внутри нашей звезды и погодой на Земле продолжает изучаться благодаря орбитальным обсерваториям и метеорологическим спутникам.

Известные циклы активности

Самым изученным и наиболее выраженным циклом солнечной активности является одиннадцатилетний цикл, открытый немецкий астрономом и ботаником Генрихом Швабе. Для начала стоит понять что это такое. Если очень просто выразится то это изменение уровня динамичности нашей звезды на протяжение отрезка времени.

Другими наблюдаемыми изменениями нашего светила есть:

• 22-летний (Хейла);
• Вековой (Гляйсберга);
• Тысячелетний (Холлстатта).

11-летний

Самый известный и исследованный солнечный цикл отражает усиление и последующее ослабление магнитных полей звезды, продолжающиеся в течение 11 лет. Первые 4 года заметно возрастает число солнечный пятен и наблюдается сдвижение их зоны образования к экватору. В это время регистрируются мощные протуберанцы и учащаются вспышки на Солнце. Следующие 7 лет активность звезды постепенно убывает.

Цикл Швабе не всегда длится ровно 11 лет. До 20 века его значения изменялись от 7 до 18 лет, а в середине прошлого столетия его средняя продолжительность стала равняться 10,5 годам. Новая одиннадцатилетняя периодичность изменений магнитного поля звезды началась в 2009 году.

Для определения уровня 11-летнего периода солнечной магнитной активности устанавливают число Вольфа – относительное число пятен в фотосфере. С помощью данного показателя вычисляется минимум и максимум изменений, начиная с 1755 года. Наиболее интенсивной смена магнитных полей Солнца была в 19 цикле Швабе: максимальное и минимальное значения числа Вольфа составляли соответственно 201 и 40.

22-летний

Отражает изменения магнитного поля Солнца. На протяжении одного цикла Швабе происходит смена знаков магнитных полюсов Солнца. Для того, чтобы они вернулись к исходному состоянию, требуется еще 11 лет. Это периодичность и составляет 22-летний цикл солнечной активности.

Вековой

Его продолжительность в среднем составляет 85 лет. Он связан с 11-лений периодичностью активности Солнца и отражает наиболее максимальные ее изменения. Последний максимум вековой цикличности магнитного поля звезды наблюдался в 19 цикле Швабе, а следующий придется на середину 21 века.

Тысячелетний

Все описанные выше изменения укладываются в наиболее крупную периодичность изменений активности Солнца продолжительностью более 2300 лет. Ее наличие подтвердило измерение радиоактивного изотопа углерода в атмосфере Земли.

Влияние на нашу жизнь

Зависимость жизни на нашей планете и интенсивности процессов в нашей звезде изучается не только астрономами, но и метеорологами, физиками, медиками и историками. Установлено, что в периоды максимального числа пятен на Солнце наблюдается больше сбоев и поломок разнообразного оборудования, требуют корректировки своей орбиты околоземные спутники и станции. В это время увеличивается продолжительность засухи, ведущей к снижению урожайности сельскохозяйственных угодий. Вспышки эпидемий смертельно опасных заболеваний, а также наиболее крупные социальные потрясения также наблюдаются в периоды максимума солнечной магнитной активности.

Сбои цикличности

Невозможно точно спрогнозировать начало и конец следующей солнечной активности, а также поведение звезды в течение этого времени. Например, 23-й цикл Швабе должен был закончиться в 2007 году, но продолжался до 2009. В 2012 году ожидался максимум числа пятен и вспышек на Солнце, но их число было меньше, чем в 2011 году. В период с 2006 по 2009 годы солнечная активность упала на рекордно низкую отметку за всю историю наблюдений. Считается, что за такой пассивностью Солнца должен последовать всплеск его активности и следующая периодичность может стать рекордно высоким.

Источник

Астрономы объявили о начале нового солнечного цикла

Солнце в максимуме активности в апреле 2014 года (слева) и в минимуме — в декабре 2019 года.

Эксперты по космической погоде из NASA и американского метеорологического агентства NOAA объявили о начале нового 11-летнего цикла солнечной активности, 25-го по счету с 1749 года, когда был начат отсчет числа солнечных пятен, говорится в сообщении аэрокосмического агентства.

Колебания числа пятен на диске Солнца — самое заметное проявление цикла активности светила. Сами пятна люди замечали с древности, астрономы начали их регулярно наблюдать в XVI веке, но только в 1843 году Рудольф Вольф открыл 11-летний цикл. Он смог восстановить эту циклическую последовательность до середины XVIII века, до 1749 года, когда начался цикл, которому был присвоен номер 1.

Формирование полоидального поля при вращении Солнца (причина появления солнечных пятен).

Pearson Prentice Hall

Большое количество солнечных пятен сопровождается другими проявлениями солнечной активности: рентгеновскими вспышками, корональными выбросами массы, корональными дырами. Эти явления приводят к возмущениям в солнечном ветре, что в свою очередь влияет на магнитное поле Земли, порождая геомагнитные бури и полярные сияния.

В периоды, когда пятен мало или вовсе нет — во время минимума солнечного активности, — все эти события сходят на нет. Затем пятна появляются снова, активность начинает расти, но это уже пятна нового солнечного цикла — они имеют противоположную магнитную полярность и возникают ближе к полюсам, а затем, по мере «старения» цикла, опускаются все ниже к экватору.

Прошедший, 24-й солнечный цикл и прогноз на 25-й. По вертикали — число солнечных пятен.

Источник

Солнечная цикличность

Из Википедии — свободной энциклопедии

Солнечная цикличность — периодические изменения в солнечной активности. Наиболее известен и лучше всего изучен солнечный цикл с длительностью около 11 лет («цикл Швабе»). Иногда, в узком смысле, под солнечным циклом понимают именно 11-летний цикл солнечной активности.

Выделяют также удвоенный цикл Швабе длиной около 22 лет (так называемый «цикл Хейла»), имея в виду, что состояние глобального магнитного поля Солнца возвращается к исходному через два полных 11-летних цикла.

В поведении солнечной активности имеются также гораздо менее выраженные циклы большей длительности: например, «цикл Гляйсберга» с периодом около одного века, а также сверхдлинные циклы длиной в несколько тысяч лет.

Содержание

11-летний цикл

11-летний цикл («цикл Швабе» или «цикл Швабе-Вольфа») является наиболее заметно выраженным циклом солнечной активности. Соответственно, утверждение о наличии 11-летней цикличности в солнечной активности иногда называют «законом Швабе-Вольфа».

На примерно десятилетнюю периодичность в увеличении и уменьшении количества солнечных пятен на Солнце впервые обратил внимание в первой половине XIX века немецкий астроном Г. Швабе, [1] а затем — Р. Вольф. «Одиннадцатилетним» цикл называют условно: его длина за XVIII—XX века менялась от 7 до 17 лет, а в XX веке в среднем была ближе к 10,5 годам.

Этот цикл характеризуется довольно быстрым (в среднем примерно за 4 года) увеличением числа солнечных пятен, а также другими проявлениями солнечной активности, и последующим, более медленным (около 7 лет), его уменьшением. В ходе цикла наблюдаются и другие периодические изменения, например — постепенное сдвижение зоны образования солнечных пятен к экватору («закон Шпёрера»).

Для объяснения подобной периодичности в возникновении пятен обычно используется теория солнечного динамо.

Хотя для определения уровня солнечной активности можно использовать различные индексы, чаще всего для этого применяют усреднённое за год число Вольфа. Определённые с помощью этого индекса 11-летние циклы условно нумеруются начиная с 1755 года. 24-й цикл солнечной активности начался в январе 2008 года [2] (по другим оценкам — в декабре 2008 [3] или январе 2009 года [4] ).

Источник

ЗАКОНОМЕРНОСТИ ЦИКЛОВ
СОЛНЕЧНОЙ АКТИВНОСТИ
И ОСОБЕННОСТИ ЦИКЛА № 23

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.

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.

Литература
1. Витинский Ю.И. Цикличность и прогнозы солнечной активности. Л.: Наука, 1973, 258 с.
2. Витинский Ю.И., М.Копецкий, Г.В.Куклин.Статистика пятнообразовательной деятельности
   Солнца. – М.: Наука. Гл. ред. Физ.-мат. лит., 1986. –296с.
3. Макаров В.И., Тлатов А.Г.Полярная и низкоширотная активность Солнца по данным наблюдений
   в линии K-CаII в период 1907-2000. В сб. Трудов межд. Конф. «Солнечная активность и космические лучи
   после смены знака полярного магнитного поля Солнца». СПб, 2002, с.311-317.
4. Солнечная и солнечно-земная физика.Под. Ред.А.Бруцека и Ш. Дюрана. Пер. с англ. М.: Мир, 1980,254 с.

Источник