Наблюдение за Солнцем велось с момента появления самого человека, однако с развитием технологий все более человечество приближалось к понимаю его природы. Возникновение телескопа в 17 веке повлекло за собой открытие солнечных пятен – совершенно неожиданного на тот момент явления, так как Солнце считалось неким идеалом, который не способен иметь какие-либо недостатки, особенно пятна. Несмотря на большие сомнения по поводу существования пятен на Солнце, один из первооткрывателей их – Галилео Галилей начал вести наблюдение за пятнами. Это привело к тому, что было обнаружена периодичное изменение их количества. Так наибольшее количество пятен наблюдалось примерно каждые 11 лет.

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.

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.

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.

Магнитное поле солнца

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.

В последнее время Солнце было необычно «тихим». Причину малоактивности раскрывает нижеприведенный график.

Таким образом 24-й солнечный цикл становится самым слабым за последние 100 лет.

Что такое 11-летний цикл активности?

Одиннадцатилетний цикл, также называемый цикл Швабе или цикл Швабе-Вольфа - это заметно выраженный цикл солнечной активности, длящийся примерно 11 лет. Он характеризуется довольно быстрым (примерно за 4 года) увеличением числа солнечных пятен, и затем более медленным (около 7 лет), его уменьшением. Длина цикла не равна строго 11 годам: в XVIII - XX веках его длина составляла 7 - 17 лет, а в XX веке - примерно 10,5 года.

Что такое число Вольфа?

Число Вольфа - это показатель солнечной активности, предложенный швейцарским астрономом Рудольфом Вольфом. Он не равен числу пятен, наблюдаемых в данный момент на Солнце, а вычисляется по формуле:

W=k (f+10g)
f - количество наблюдаемых пятен;
g - количество наблюдаемых групп пятен;
k - коэффициент, выводящийся для каждого телескопа, с помощью которого проводятся наблюдения.

Насколько спокойна обстановка на самом деле?

Широко распространенное заблуждение состоит в том, что космическая погода «замирает» и становится неинтересной для наблюдения во время низкой солнечной активности. Однако и в такие периоды происходит много любопытных явлений. Например, верхние слои атмосферы Земли разрушаются, позволяя космическому мусору накапливаться вокруг нашей планеты. Гелиосфера сжимается, в результате чего Земля становится более открытой межзвездному пространству. Галактические космические лучи проникают через внутреннюю часть Солнечной системы с относительной легкостью.

Ученые следят за ситуацией, поскольку количество солнечных пятен продолжает снижаться. По данным на 29 марта, число Вольфа равно 23.

В середине прошлого столетия астроном-любитель Г. Швабе и Р. Вольф впервые установили факт измене­ния числа солнечных пятен со временем, причем сред­ний период этого изменения составляет 11 лет. Об этом можно прочесть почти во всех популярных книжках о Солнце. Но мало кто даже из специалистов слышал о том, что еще в 1775 г. П. Горребов из Копенгагена дерзнул утверждать, что существует периодичность сол­нечных пятен. К сожалению, ряд его наблюдений был слишком мал, чтобы установить продолжительность это­го периода. Высокий научный авторитет противников точки зрения Горребова и артиллерийский обстрел Ко­пенгагена, уничтоживший все его материалы, сделали все для того, чтобы об этом утверждении забыли и не вспоминали даже тогда, когда оно было доказано дру­гими.

Конечно, все это нисколько не умаляет научных за­слуг Вольфа, который ввел индекс относительных чисел солнечных пятен и сумел по различным материалам на­блюдений астрономов-любителей и профессионалов вос­становить его с 1749 г. Более того, Вольф определил годы максимальных и минимальных чисел пятен еще со времени наблюдений Г. Галилея, т. е. с 1610. Это и позволило ему упрочить весьма несовершенную работу Швабе, располагавшего наблюдениями только за 17 лет, и впервые определить продолжительность среднего периода изменения числа солнечных пятен. Так по­явился знаменитый закон Швабе-Вольфа, согласно ко­торому изменения солнечной активности происходят пе­риодически, причем длина среднего периода составляет 11,1 года (рис. 12). Конечно, в то время говорилось только об относительном числе солнечных пятен. Но со временем этот вывод был подтвержден для всех изве­стных индексов солнечной активности. Многочисленные иные периоды активных солнечных явлений, особенно более короткие, которые были обнаружены исследова­телями Солнца за прошедшие 100 с лишним лет, неиз­менно опровергались, и только 11-летний период всегда оставался незыблемым.

Кривая среднегодичных цюрихских относительных чисел солнечных пятен…

Хотя изменения солнечной активности происходят периодически, эта периодичность особая. Дело в том, что интервалы времени между годами максимальных (или минимальных) чисел Вольфа довольно сильно различаются. Известно, что с 1749 г. до наших дней продолжительность их колебалась от 7 до 17 лет между годами максимумов и от 9 до 14 лет между годами минимумов относительного числа солнечных пятен. Поэто­му правильнее будет говорить не об 11-летнем периоде, а об 11-летнем цикле (т. е. периоде с возмущениями, или «скрытом» периоде) солнечной активности. Этот цикл имеет исключительно важное значение как для проникновения в сущность солнечной активности, так и для изучения солнечно-земных связей.

Но 11-летний цикл проявляется не только в измене­нии частоты солнечных новообразований, в частности, солнечных пятен. Его можно обнаружить также по изме­нению со временем широты групп пятен (рис. 13). Это обстоятельство привлекло внимание известного англий­ского исследователя Солнца Р. Кэррингтона еще в 1859 г. Он обнаружил, что в начале 11-летнего цикла пятна обычно появляются на высоких широтах, в сред­нем на расстоянии ±25-30° от экватора Солнца, тогда как в конце цикла предпочитают участки ближе к экватору, в среднем на широтах ±5-10°. Позже это гораздо убедительнее показал немецкий ученый Г. Шперер. Сначала этой особенности не придавали особого значения. Но потом положение резко измени­лось. Оказалось, что среднюю продолжительность 11-летнего цикла можно определить гораздо точнее по изменению широты групп солнечных пятен, чем по ва­риациям чисел Вольфа. Поэтому ныне закон Шперера, который свидетельствует об изменении широты групп пятен с ходом 11-летнего цикла, наряду с законом Шва­бе - Вольфа выступает как основной закон солнечной цикличности. Все дальнейшие работы в этом направле­нии только уточняли детали и по-разному объясняли эту вариацию. Но они, тем не менее, оставили неизмен­ной формулировку закона Шперера.

Диаграмма «бабочек» групп солнечных пятен…

Теперь мы обратимся к 11-летнему циклу солнечной активности, который в течение сотни с лишним лет со времени его открытия неизменно находился в центре внимания исследователей Солнца. За его кажущейся поразительной простотой на самом деле скрывается столь сложный и многогранный процесс, что мы всегда стоим перед опасностью потерять все или по крайней мере многое из того, что он перед нами уже раскрыл. Прав был один из наиболее известных специалистов по прогнозам солнечной активности немецкий астроном В. Глайсберг, когда в одной из своих популярных ста­тей сказал следующее: «Сколько раз исследователям солнечной активности казалось, что наконец-то им уда­лось окончательно установить все основные закономер­ности 11-летнего цикла. Но вот наступал новый цикл, и уже первые его шаги начисто отбрасывали всю их уверенность и заставляли заново пересматривать то, что они считали окончательно установленным». Может быть, в этих словах немного сгущены краски, но суть их, бе­зусловно, верна, особенно когда речь идет о прогнозе солнечной активности.

Как мы уже говорили, в определенные годы числа Вольфа имеют максимальную или минимальную вели­чину. Эти годы или еще более точно определенные мо­менты времени, например, кварталы или месяцы, назы­вают соответственно эпохами максимума и минимума 11-летнего цикла, или, более обще, эпохами экстрему­мов. Среднемесячные и среднеквартальные значения относительных чисел пятен, помимо в общем регуляр­ного, плавного изменения, характеризуются очень неправильными, сравнительно кратковременными флуктуациями (см. раздел 5 этой главы). Поэтому обычно эпохи экстремумов выделяют по так называе­мым сглаженным среднемесячным числам Вольфа, ко­торые представляют собой усредненные особым спосо­бом за 13 месяцев величины этого индекса, полученного из наблюдений, или по верхней и нижней огибающим кривых изменения среднеквартальных значений относи­тельных чисел пятен. Но иногда применение таких ме­тодов может привести к ложным результатам, особенно в низких циклах, т. е. циклах с небольшим максималь­ным числом Вольфа. Интервал времени от эпохи мини­мума до эпохи максимума 11-летнего цикла получил на­звание ветви роста, а от эпохи максимума до эпохи следующего минимума - ветви его спада (рис. 14).

Продолжительность 11-летнего цикла по эпохам ми­нимума определяется гораздо лучше, чем по эпохам максимума. Но и в этом случае возникает затруднение, которое заключается в том, что следующий цикл, как правило, начинается раньше, чем заканчивается преды­дущий. Теперь мы научились различать группы пятен нового и старого циклов по полярности их магнитного поля. Но такая возможность появилась немногим более 60 лет назад. Поэтому ради сохранения однородности методики приходится довольствоваться все-таки не ис­тинной длиной 11-летнего цикла, а неким ее «эрзацем», определяемым по эпохам минимальных чисел Вольфа. Вполне естественно, что в этих числах обычно объедине­ны группы пятен нового и старого 11-летних циклов. 11-летние циклы солнечных пятен отличаются не только различной длиной, но и различной их интенсив­ностью, т. е. разными значениями максимальных чисел Вольфа. Мы уже говорили о том, что регулярные дан­ные о среднемесячных относительных числах пятен цюрихского ряда имеются с 1749 г. Поэтому первым цюрихским 11-летним циклом считают цикл, начавший­ся в 1775 г. Предшествую­щий же ему цикл, содержа­щий неполные данные, види­мо, по этой причине полу­чил нулевой номер. Если за прошедшие со времени на­чала регулярного определе­ния чисел Вольфа 22 цикла (включая нулевой и еще не закончившийся, но уже прошедший свой максимум текущий) максимальное среднегодичное число Воль­фа в среднем равнялось 106, то в различных 11-летних циклах оно испытывало ко­лебание от 46 до 190. Особенно высоким был закончив­шийся в 1964 г. 19-й цикл. В его максимуме, который наступил в конце 1957 г., среднеквартальное число Вольфа равнялось 235. Второе место вслед за ним за­нимает нынешний, 21-й цикл, максимум которого про­шел в конце 1979 г. со среднеквартальным относитель­ным числом солнечных пятен 182. Самые низкие циклы солнечных пятен относятся к началу прошлого столе­тия. Один из них, 5-й по цюрихской нумерации, самый продолжительный из наблюдавшихся 11-летних цик­лов. Некоторые исследователи солнечной активности даже сомневаются в реальности его продолжительности и считают, что она полностью обязана «деятельности» на поприще науки Наполеона I. Дело в том, что все­цело поглощенный ведением победоносных войн фран­цузский император мобилизовал в армию почти всех астрономов обсерваторий Франции и покоренных им стран. Поэтому в те годы наблюдения Солнца велись столь редко (не более нескольких дней за месяц), что вряд ли можно доверять полученным тогда числам Вольфа. Трудно сказать, насколько основательны по­добные сомнения. Кстати, косвенные данные о солнеч­ной активности за это время не противоречат выводу о низком уровне относительных чисел солнечных пятен в начале XIX в. Однако просто так эти сомнения от­бросить тоже нельзя, поскольку они позволяют изба­виться от некоторых исключений, в особенности для отдельных 11-летних циклов. Любопытно, что второй самый низкий цикл, максимум которого относится к 1816 г., имел длину всего 12 лет, в отличие от сво­его предшественника.

Поскольку мы располагаем данными за двести с лишним лет только о числах Вольфа, все основные свойства 11-летних циклов солнечной активности выве­дены именно для этого индекса. С легкой руки масти­того первооткрывателя 11-летнего цикла более пятиде­сяти лет исследователи солнечной активности были за­няты главным образом поисками полного набора цик­лов продолжительностью от нескольких месяцев до сотни лет. Р. Вольф, убежденный в том, что солнечная цикличность - плод воздействия на Солнце планет Солнечной системы, сам положил начало этим поискам. Однако все эти работы дали гораздо больше для раз­вития математики, чем для изучения солнечной актив­ности. Наконец, уже в 40-х годах нынешнего столетия, один из «наследников» Вольфа по Цюриху М. Вальд­майер осмелился усомниться в правоте своего «научно­го прадеда» и перенес причину 11-летней цикличности внутрь самого Солнца. Именно с этого времени соб­ственно и началось настоящее исследование главных внутренних свойств 11-летнего цикла солнечных пятен.

Интенсивность 11-летнего цикла довольно тесно связана с его длительностью. Чем мощнее этот цикл, т. е. чем больше его максимальное относительное число пятен, тем меньше его продолжительность. К сожале­нию, эта особенность носит скорее чисто качественный характер. Она не позволяет достаточно надежно опре­делить значение одной из этих характеристик, если из­вестна вторая. Гораздо увереннее выглядят результаты изучения связи максимального числа Вольфа (точнее, его десятичного логарифма) с длиной ветви роста 11-летнего цикла, т. е. той частью кривой, которая характеризует нарастание чисел Вольфа от начала цикла до его максимума. Чем больше максимальное число солнечных пятен в этом цикле, тем короче ветвь его роста. Таким образом, форма циклической кривой 11-летнего цикла в значительной степени определяется его высотой. У высоких циклов она отличается большой асимметрией, причем длина ветви роста всегда короче длины ветви спада и равна 2-3 годам. У сравнительно слабых циклов эта кривая почти симметрична. И лишь самые слабые 11-летние циклы вновь показывают асимметрию, только противоположного типа: у них ветвь роста длиннее ветви спада.

В противоположность длине ветви роста, длина вет­ви спада 11-летнего цикла тем больше, чем выше его максимальное число Вольфа. Но если предыдущая связь очень тесная, то эта гораздо слабее. Вероятно, именно поэтому максимальное относительное число пятен только качественно определяет продолжитель­ность 11-летнего цикла. Вообще ветвь роста и ветвь спада основного цикла солнечной активности во многих отношениях ведут себя по-разному. Начать хотя бы с того, что если на ветви роста сумма среднегодичных чисел Вольфа почти не зависит от высоты цикла, то на ветви спада она определяется именно этой характери­стикой. Не удивительно, что столь неудачными были попытки представить кривую 11-летнего цикла матема­тическим выражением не с двумя, а с одним парамет­ром. На ветви роста многие связи оказываются гораз­до более четкими, чем на ветви спада. Создается впе­чатление, что именно особенности усиления солнечной активности в самом начале 11-летнего цикла диктуют его характер, тогда как его поведение после максимума в общем примерно одинаково во всех 11-летних циклах и различается только вследствие разной длины ветви спада. Впрочем, скоро мы увидим, что это первое впе­чатление нуждается в одном важном дополнении.

Свидетельства в пользу определяющего значения ветви роста 11-летнего цикла дали исследования цик­лических изменений суммарной площади солнечных пятен. Выяснилось, что по длине ветви роста можно достаточно надежно установить максимальное значение суммарной площади пятен. Ранее уже говорилось о том, что в этот индекс в неявной форме включено число групп пятен. Вполне естественно поэтому, что для него мы получаем, в сущности, те же выводы, что и для чи­сел Вольфа. Гораздо хуже известны закономерности 11-летнего цикла для частоты других явлений солнеч­ной активности, в частности, солнечных вспышек. Чисто качественно можно полагать, что для них они окажут­ся такими же, как для относительных чисел и суммар­ной площади солнечных пятен.

До сих пор мы имели дело с явлениями солнечной активности любой мощности. Но, как мы уже знаем, явления на Солнце очень сильно отличаются по своей интенсивности. Даже в обыденной жизни вряд ли кто поставит на одну доску легкое перистое облачко и большую черную тучу. А пока мы поступали именно так. И вот что любопытно. Стоит только разделить ак­тивные солнечные образования по их мощности, как мы приходим к довольно разноречивым результатам. Явле­ния слабой или средней интенсивности в общем дают ту же кривую 11-летнего цикла, что и числа Вольфа. Это относится не только к числу пятен, но и к числу факельных площадок, и к числу солнечных вспышек. Что же касается наиболее мощных активных образова­ний на Солнце, то они чаще всего встречаются не в саму эпоху максимума 11-летнего цикла, а через 1-2 года после нее, а иногда и до этой эпохи. Таким образом, для этих явлений циклическая кривая либо становится двухвершинной, либо сдвигает свой макси­мум на более поздние по отношению к числам Вольфа годы. Именно таким образом ведут себя самые боль­шие группы солнечных пятен, самые большие и яркие кальциевые флоккулы, протонные вспышки, всплески радиоизлучения IV типа. Аналогичную форму имеют кривые 11-летнего цикла для интенсивности зеленой корональной линии, потока радиоизлучения на метро­вых волнах, средней напряженности магнитных полей и средней продолжительности жизни групп солнечных пятен, т. е. индексов мощности явлений.

Наиболее своеобразно проявляется 11-летний цикл в законе Шперера для различных процессов солнечной активности. Как мы уже знаем, для групп солнечных пятен он выражается в изменении в среднем широты их появления от начала к концу цикла. При этом по мере развития цикла скорость такого «сползания» зоны солнечных пятен к экватору постепенно уменьшается и через 1-2 года после эпохи максимума чисел Вольфа оно вовсе прекращается, когда зона достигает «барье­ра» в интервале широт 7°,5-12°,5. Дальше происхо­дят только колебания зоны вокруг этой средней широ­ты. Создается впечатление, что 11-летний цикл «рабо­тает» только до этого времени, а затем постепенно как бы «рассасывается». Известно, что пятна охватывают довольно широкие зоны по обе стороны от экватора Солнца. Ширина этих зон тоже изменяется с течением 11-летнего цикла. Они самые узкие в начале цикла и самые широкие в эпоху его максимума. Именно этим объясняется то обстоятельство, что в наиболее мощных циклах, таких, как 18-й, 19-й и 21-й цюрихской нумера­ции, самые высокоширотные группы пятен наблюда­лись не в начале цикла, а в годы максимума. Группы пятен малых и средних размеров располагаются прак­тически по всей ширине «королевских зон», но предпо­читают концентрироваться к их центру, положение ко­торого все приближается к экватору Солнца по мере развития цикла. Наиболее крупные группы пятен «об­любовали» края этих зон и только изредка «снисходят» к внутренним их частям. Если судить только по распо­ложению этих групп, то можно подумать, что закон Шперера является лишь статистической фикцией. По­добным же образом ведут себя и солнечные вспышки разной мощности.

На ветви спада 11-летнего цикла средняя широта групп солнечных пятен, начиная с ±12°, не зависит от высоты цикла. В то же время в год максимума она определяется максимальным числом Вольфа в этом цикле. Более того, чем мощнее 11-летний цикл, тем на более высоких широтах появляются его первые группы пятен. В то же время широты групп в конце цикла, как мы уже видели, в сущности, в среднем одинаковы безотносительно к тому, какова его мощность.

Северное и южное полушария Солнца проявляют себя весьма по-разному в отношении развития в них 11-летних циклов. К сожалению, числа Вольфа опреде­лялись только для всего солнечного диска. Поэтому мы располагаем по данному вопросу довольно скромным материалом Гринвичской обсерватории о числе и пло­щадях групп пятен примерно за сто лет. Но все же гринвичские данные позволили выяснить, что роль се­верного и южного полушарий заметно изменяется от одного 11-летнего цикла к другому. Это выражается не только в том, что во многих циклах одно из полуша­рий определенно выступает в роли «дирижера», но и в различии формы циклической кривой этих полушарий в одном и том же 11-летнем цикле. Такие же свойства были обнаружены и по числу групп солнечных пятен и по их суммарным площадям. Более того, нередко эпохи максимума цикла в северном и южном полуша­риях Солнца отличаются на 1-2 года. Подробнее об этих различиях мы будем говорить при рассмотрении продолжительных циклов. А пока в качестве примера вспомним лишь, что в самом высоком 19-м цикле сол­нечная активность определенно преобладала в северном полушарии Солнца. При этом эпоха максимума в юж­ном полушарии наступила на два с лишним года рань­ше, чем в северном.

До сих пор мы рассматривали особенности развития 11-летнего цикла солнечной активности только для явле­ний, происходящих в «королевских зонах» Солнца. На более высоких широтах этот цикл, по-видимому, начи­нается раньше. В частности, давно уже было известно, что увеличение числа и площади протуберанцев в интер­вале широт ±30-60° происходит примерно за год до начала 11-летнего цикла пятен и низкоширотных про­туберанцев. Любопытно, что если в «королевских зо­нах» средняя широта появления протуберанцев с ходом цикла постепенно уменьшается, подобно тому, как это происходит с группами солнечных пятен, то более вы­сокоширотные протуберанцы имеют в начале цикла в среднем меньшую широту, чем в его конце. Нечто по­добное наблюдается и у корональных конденсаций. Не­которые исследователи считают, что для зеленой коро­нальной линии 11-летний цикл начинается примерно на 4 года раньше, чем для групп пятен. Но сейчас еще трудно сказать, насколько надежен этот вывод. Не ис­ключено, что на самом деле на Солнце постоянно со­храняется высокоширотная зона корональной активно­сти, которая с учетом данных, полученных для более низких широт, и приводит к такому кажущемуся ре­зультату.

Еще необычнее ведут себя слабые магнитные поля вблизи его полюсов. Они достигают минимальной ве­личины напряженности примерно в годы максимума 11-летнего цикла и в это же время полярность поля ме­няется на противоположную. Что же касается эпохи минимума, то в этот период напряженность полей до­вольно значительна и полярность их остается неизмен­ной. Любопытно, что изменение полярности поля вбли­зи северного и южного полюсов происходит не одновре­менно, а с разрывом в 1-2 года, т. е. все это время полярные области Солнца обладают одинаковой поляр­ностью магнитного поля.

Число полярных факелов изменяется параллельно с величиной напряженности поля вблизи полюсов Солн­ца в каждом его полушарии (между прочим, предваряя практически такое же изменение чисел Вольфа пример­но через 4 года). Поэтому, хотя мы располагаем дан­ными о слабых полярных магнитных полях менее чем за три 11-летних цикла, результаты наблюдений поляр­ных факельных площадок позволяют сделать вполне определенный вывод относительно их циклических из­менений. Таким образом, магнитные поля и факельные площадки в полярных областях Солнца отличаются тем, что их 11-летний цикл начинается в максимуме 11-летнего цикла солнечных пятен и достигает максиму­ма вблизи эпохи минимума пятен. Будущее покажет, насколько надежен этот результат. Но нам кажется, что если не вникать в детали, вряд ли последующие на­блюдения приведут к существенному его изменению. Любопытно, что полярные корональные дыры отлича­ются точно таким же характером 11-летней вариации.

Хотя солнечная постоянная, как уже говорилось, не испытывает ощутимых колебаний с ходом 11-летнего цикла, это отнюдь не означает, что подобным образом ведут себя и отдельные области спектра излучения Солнца. В этом читатель уже мог убедиться, когда рассматривались потоки радиоизлучения Солнца. Не­сколько слабее изменения интенсивности фиолетовых линий ионизованного кальция Н и К. Но и эти линии в эпоху максимума примерно на 40% ярче, чем в эпо­ху минимума 11-летнего цикла. Имеются данные, хотя и не совсем бесспорные, об изменении с ходом цикла глубины линий в видимой области солнечного спектра. Однако самые внушительные вариации излучения Солн­ца относятся к рентгеновскому и дальнему ультрафио­летовому диапазонам длин волн, возможность изучения которых дали искусственные спутники Земли и косми­ческие аппараты. Оказалось, что интенсивность рентге­новского излучения в интервалах длин волн 0-8 А, 8-20 А и 44-60 А от минимума к максимуму 11-летнего цикла возрастает в 500, 200 и 25 раз. Не менее ощути­мые изменения происходят и в спектральных областях 203-335 А и вблизи 1216 А (в 5,1 и 2 раза).

Как было обнаружено с помощью современных ма­тематических методов, существует так называемая тон­кая структура 11-летнего цикла солнечной активности. Она сводится к устойчивому «ядру» вокруг эпохи мак­симума, охватывающему примерно 6 лет, двум или трем вторичным максимумам и расщеплению цикла на две составляющие со средними периодами около 10 и 12 лет. Такая тонкая структура выявляется и в форме циклической кривой чисел Вольфа, и в «диаграмме ба­бочек». В частности, в самых высоких 11-летних цик­лах, кроме основной зоны солнечных пятен, имеется также высокоширотная зона, которая сохраняется толь­ко до эпохи максимума и смещается с ходом цикла не к экватору, а к полюсу. Кроме того, «диаграмма бабо­чек» для групп пятен представляет собой не единое целое, а как бы складывается из так называемых цепо­чек-импульсов. Суть этого процесса состоит в том, что, появляясь на сравнительно высокой широте, группа пятен (или несколько групп) за 14-16 месяцев смеща­ется к экватору Солнца. Такие цепочки-импульсы осо­бенно хорошо заметны на ветви роста и ветви спада 11-летнего цикла. Возможно, они связаны с флуктуациями солнечной активности.

Советский исследователь Солнца А. И. Оль устано­вил еще одно фундаментальное свойство 11-летнего цикла солнечной активности. Изучая связь между ин­дексом рекуррентной геомагнитной активности за по­следние четыре года цикла и максимальным числом Вольфа, он обнаружил, что она очень тесная, если чис­ло Вольфа относится к следующему 11-летнему циклу, и совсем слабая, если оно относится к тому же циклу, что и индекс геомагнитной активности. Отсюда следует, что 11-летний цикл солнечной активности зарождается «в недрах» старого. Рекуррентная геомагнитная актив­ность обусловлена корональными дырами, которые, как мы знаем, возникают, как правило, над униполярными областями фотосферного магнитного поля. Следователь­но, истинный 11-летний цикл начинается в середине вет­ви спада появлением и усилением не биполярных, а униполярных магнитных областей. Эта первая стадия развития заканчивается к началу того 11-летнего цикла, с которым мы привыкли иметь дело. В это время начинается его вторая стадия, когда развивают­ся биполярные магнитные области и все те явления солнечной активности, о которых мы уже говорили. Она длится до середины ветви спада привычного нам 11-летнего цикла, когда происходит зарождение нового цикла. Любопытно, что столь важная особенность 11-летнего цикла не была замечена непосредственно на Солнце, но ее удалось установить при изучении влия­ния солнечной активности на атмосферу Земли.

Одиннадцатилетний цикл (цикл Швабе , цикл Швабе-Вольфа ) - наиболее заметно выраженный цикл солнечной активности с длительностью около 11 лет.

Утверждение о наличии 11-летней цикличности в солнечной активности иногда называют «законом Швабе-Вольфа».

Характеристики

Цикл характеризуется довольно быстрым (в среднем примерно за 4 года) увеличением числа солнечных пятен , а также другими проявлениями солнечной магнитной 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 »).

«Одиннадцатилетним» цикл называют условно: его длина в XVIII-XX веках менялась от 7 до 17 лет, а в XX веке в среднем была ближе к 10,5 годам.

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. В 2008 году [уточнить ] начался 24-й цикл солнечной активности .

История открытия

Невооружённым глазом пятна на Солнце люди наблюдали по меньшей мере несколько тысячелетий. Первое известное письменное свидетельство об их наблюдении - комментарии китайского астронома Гань Дэ в звёздном каталоге - относится к 364 году до н. э. С 28 года до н. э. астрономы Китая вели регулярные записи наблюдений пятен в официальных хрониках.

В начале XVII века, с изобретением телескопа , астрономы начали систематические наблюдения и исследования солнечных пятен, однако 11-летняя цикличность ускользнула от их внимания. Частично это может объясняться тем, что солнечная активность была сравнительно низка даже в начале XVII века, а к его середине начался минимум Маундера (1645-1715) и количество солнечных пятен на Солнце на многие десятилетия снизилось.

На периодичность в поведении солнечных пятен астрономы впервые обратили внимание только в первой половине XIX века. Первым эту закономерность отметил в 1844 году немецкий астроном-любитель Г. Швабе . Опираясь на свои наблюдения Солнца в 1826-1843 годах, он опубликовал таблицу, содержащую ежегодные количества пятен за всё время наблюдений, и указал на 10-летний период в их появлении. . Статья Швабе осталась почти незамеченной. Тем не менее, она привлекла внимание другого немецкого астронома, Р. Вольфа , который с 1847 года начал собственные наблюдения пятен и ввёл индекс их количества - «цюрихское число», которое ныне часто называют числом Вольфа . Наконец, на результаты Швабе обратил внимание немецкий энциклопедист А. фон Гумбольдт , который в 1851 году опубликовал таблицу Швабе, продолженную последним до 1850 года, в своей энциклопедии «Космос».

Теория

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

Современные немецкие учёные предположили, что одиннадцатилетний цикл связан с приливами Земли, Юпитера и Венеры: каждые 11 лет все три планеты располагаются в одном направлении и приливное воздействие их является причиной наблюдаемого эффекта .

Напишите отзыв о статье "Одиннадцатилетний цикл солнечной активности"

Примечания

Литература

• Витинский Ю. И. , Копецкий М., Куклин Г. В. Статистика пятнообразовательной деятельности Солнца. - М .: Наука, 1986.
• Прист Э. Р. Солнечная магнитогидродинамика. - М .: Мир, 1985.

См. также

Отрывок, характеризующий Одиннадцатилетний цикл солнечной активности

Как известно не так давно мы с вами, уважаемые коллеги стали свидетелями очередного 23-го максимума 11-го летнего цикла солнечной активности. Но существуют ли еще, какие либо циклы активности, кроме вышеупомянутого 11-те летнего?

Прежде чем отвечать на этот вопрос, напомню вкратце, что же такое солнечная активность. В Большой Советской Энциклопедии данному термину дается следующее определение: Солнечная активность - совокупность явлений наблюдаемых на Солнце… К этим явлениям относятся образование солнечных пятен, факелов, протуберанцев, флоккулов, волокон, Изменением интенсивности излучения во всех участках спектра.

В основном эти явления связанны с тем, что на солнце имеются участки с отличающимся от общего магнитным полем. Данные области называются активными. Их количество, размеры, а так же распределение их на Солнце не являются постоянными, а изменяются со временем. Следовательно, со временем, меняется, и активность нашего дневного светила. Причем это изменение активности циклическое. Так вкратце можно пояснить суть предмета нашего разговора.

В периоды максимума цикла Активные области расположены по всему солнечному диску, их много и они хорошо развиты. Период минимума они располагаются вблизи экватора их не много, и они развиты слабо. Видимым проявлением активных областей являются солнечные пятна, факелы,

протуберанцы, волокна, флоккулы и пр. Наиболее известным и изученным является 11 летний цикл, открытый Генрихом Швабе и подтвержденным Робертом Вольфом, который исследовал изменение активности солнца при помощи предложенного им индекса Вольфа, за два с половиной столетия. Изменение Активности солнца с периодом равным 11,1 года носит название закона Швабе - Вольфа. Также предполагается существовании 22, 44 и 55 летних циклов изменения активности. Установлено что величина максимума циклов меняется с периодом около 80 лет. Эти периоды проявляются непосредственно на графике активности солнца.

Но ученые, изучив кольца на спилах деревьев, ленточную глины, сталактитам, залежам ископаемых, раковинам моллюсков и другие признаки, предположили существование и более продолжительных циклов, длительностью около 110, 210, 420 лет. А так же и так называемые вековые продолжительностью и сверхвековые циклы 2400, 35000, 100 000 и, даже, 200 - 300 миллионов лет.

Но зачем уделять так много внимания изучению активности Солнца? Ответ заключается в том, что наше дневное светило оказывает огромное влияние на землю и на земную жизнь.

Увеличение интенсивности так называемого "солнечного ветра" - потока заряженных частиц - корпускул - испускаемых Солнцем, может вызвать не только прекрасные полярные сияния, но и возмущения в магнитосфере земли - Магнитные бури - которые влияют не только на оборудование, что может привести к техногенным авариям, Нои непосредственно не здоровье человека. Причем не только физическое, но и психическое.

В периоды максимума, например, учащаются случаи самоубийств. Активность солнца влияет так же на урожайность, рождаемость и смертность, и многое другое.

Вообще любой астроном - любитель может, проводя регулярные наблюдения Солнца сравнивать ее график с графиками интенсивности каких либо явлений связанных с атмосферой, биосферой и другие.

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, 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 (по другим оценкам -- в декабре 2008 или январе 2009 года ).

22-летний цикл («цикл Хейла») является, в сущности, удвоенным циклом Швабе. Он был открыт после того, как в начале XX века была понята связь между солнечными пятнами и магнитными полями Солнца.

При этом оказалось, что за один цикл пятенной активности общее магнитное поле Солнца меняет знак: если в минимуме одного цикла Швабе фоновые магнитные поля преимущественно положительны вблизи одного из полюсов Солнца и отрицательны -- вблизи другого, то примерно через 11 лет картина меняется на противоположную.

Каждые 11 лет меняется и характерное расположение магнитных полярностей в группах солнечных пятен. Таким образом, для того, чтобы общее магнитное поле Солнца вернулось к своему исходному состоянию, должно пройти два цикла Швабе, то есть около 22 лет.

Вековые циклы активности Солнца по радиоуглеродым данным.

Вековой цикл солнечной активности («цикл Гляйсберга») имеет длину около 70--100 лет и проявляется в модуляциях 11-летних цикла. Последний максимум векового цикла наблюдался в середине XX века (вблизи 19-го 11-летнего цикла), последующий должен прийтись примерно на середину XXI века.

Наблюдается также двухвековой цикл («цикл Зюсса» или «цикл де Врие»), в качестве минимумов которого можно рассматривать происходящие примерно раз в 200 лет устойчивые снижения солнечной активности, длящиеся многие десятки лет (так называемые глобальные минимумы солнечной активности) -- минимум Маундера (1645--1715), минимум Шпёрера (1450--1540), минимум Вольфа(1280--1340) и другие.

Тысячелетние циклы. Солнечный цикл Холлстатта с периодом 2 300 лет по данным радиоуглеродного анализа.

Радиоуглеродный анализ указывает также на существование циклов с периодом около 2300 лет («цикла Холлстатта») и более.