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
Вращается ли Солнце и что такое солнечные циклы
Солнце действительно вращается и скорость его вращение легко измерить, потому что тонкая солнечная поверхность имеет такие особенности, как солнечные пятна и протуберанцы, некоторые из которых достаточно продолговатые, чтобы их можно было наблюдать при движении.
Еще в 1600-х годах астроном Галилео Галилей заглянул в свой телескоп и обнаружил темные пятна на солнце, впоследствии заметив, что они движутся и исчезают, а затем снова возвращаются. «Также очевидно, что их вращение происходит вокруг Солнца», — писал он в 1613 году. Галилей также отметил, что, возможно, двигаются только солнечные пятна, а Солнце остается неподвижным.
Солнце, как и многие другие небесные объекты, вращается вокруг своей оси. Но характер, с которым вращается солнце, отличается от характера вращения скалистой планеты, такой как Земля. Более того, из-за этого отличия, фактически и появляются солнечные пятна.
Солнце начало вращаться очень давно, когда образовалось из вихревого облака пыли и газообразного водорода около 4,6 миллиардов лет назад.
«Практически все во вселенной вращается» — объясняет Клэр Рэфтери, руководитель отдела образования и связей с общественностью Национальной солнечной обсерватории, американского центра наземной физики Солнца, который находится в кампусе Университета Колорадо в Боулдере.
По мере того, как Солнце постепенно накапливало массу и развивало гравитацию, которая притягивала к нему все больше и больше близлежащих молекул, оно также развивало момент импульса.
Вращение Солнца не трудно измерить, потому что у фотосферы, тонкой солнечной поверхности, есть такие особенности, как солнечные пятна и протуберанцы, некоторые из которых достаточно продолговатые, чтобы их можно было наблюдать при движении, так же, как их наблюдал Галилей.
«По большей части газообразное Солнце не является твердым телом, поэтому оно не вращается как один сплошной шар» — говорит Рэфтери. «Вместо этого газ вращается быстрее на экваторе, чем на полюсах».
Солнечные циклы
Согласно статье о солнечном вращении на сайте НАСА, пятно на экваторе проходит полный оборот около 24 дней, в то время как в полярных регионах это занимает на шесть дней больше.
Солнечное вращение в зависимости от широты.
В то время как Солнце вращается не так, как Земля, его дифференциальное вращение похоже на планету Юпитер и другие газовые гиганты, говорит Рэфтери.
Дифференциальное вращение фактически является тем, что управляет солнечным циклом. Солнечный цикл — это 11-летний период, в течение которого количество солнечных пятен увеличивается примерно наполовину, а затем уменьшается. Причина, объясняет Рэфтери, состоит в том, что магнитное поле солнца, которое генерируется чуть ниже поверхности, оборачивается вокруг себя неравномерным движением. Результатом является развитие магнитных полос высокой плотности, которые в конечном итоге прорываются сквозь поверхность, вызывая извержения, которые мы видим как солнечные пятна и вспышки.
По словам Рэфтери, конвективная зона, которая располагается ниже фотосферы примерно на 200 000 километров, вращается примерно с той же скоростью. Но что происходит глубже на Солнце, вращаются ли другие зоны, и с какой скоростью, ученые не знают.
«У нас есть хорошие идеи по этому поводу, но это все еще открытый вопрос», — говорит Рэфтери.
Будет ли Солнце вращаться вечно? В конце концов, через 5 миллиардов лет солнце сгорит и в превратится в белого карлика. Но даже тогда Рэфтери думает, что оно продолжит вращаться, хотя и с другой скоростью.
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
Солнечные циклы
То есть в некоторый момент, когда количество пятен достигает максимального количества называется годом максимума пятен. Вслед за максимумом начинается уменьшение количества солнечных пятен, и в среднем через шесть лет можно наблюдать минимальное количество пятен. Далее их число снова начинает возрастать.
Чтобы вести счет солнечных циклов было принято, что максимум, наблюдаемый в 1761-м году является максимумом первого цикла Солнца.
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 лучшей 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.
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.
Периодизация магнитного поля Солнца
Изучение связи магнитного поля Солнца с явлением солнечных пятен привело к следующему выводу: пятна возникают в результате «пронизывания» магнитными линиями верхних слоев Солнца. Дальнейшее изучение природы других солнечных явлений и образований также позволило обнаружить связь этих явлений и изменениями магнитного поля Солнца. Вскоре подробное изучение самого магнитного поля и его силовых линий привело к следующей картине его динамики.
В начале магнитного цикла Солнца, что есть серединой цикла солнечных пятен, имеется магнитное поле некоторой формы, силовые линии которого постепенно «наматываются» на поверхность нашей звезды вследствие того, что экваториальные области вращаются быстрее, нежели полярные. Со временем они «запутываются» и в некоторый момент начинают пронизывать поверхность Солнце во множестве точек, которые обычно расположены ближе к экватору. Именно в этот момент наблюдается максимальное количество солнечных пятен, причем подавляющее большинство которых располагается ближе к экватору. Таким образом пятна образуются вследствие пронизывания магнитными линиями верхних слоев Солнца.
Далее часть магнитного поля как бы отрывается и отбрасывается от Солнца, увлекая за собой часть звездного вещества, которую составляют в основном заряженные частицы. Этот поток заряженных частиц и называется солнечным ветром, который в дальнейшем влечет изменения природных явлений на Земле. После «отрыва» от магнитного поля некоторой его части, происходит так называемая смена направления азимутального поля, то есть магнитное поле как «переворачивается». Это является концом 11-летнего цикла магнитного поля Солнца и серединой цикла солнечных пятен. Таким образом, полный солнечный цикл составляет около 22-х лет, по истечению которых магнитное поле Солнца возвращается к исходному положению.
Согласно модели, называющейся Солнечное динамо, наша звезда самостоятельно генерирует магнитное поле в результате осесимметричного вращения ее различных слоев, которые представлены в виде плазмы, по определению имеющей заряд.
Источник