Уровень солнечной активности. Школьная энциклопедия

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ

Проблема «Солнце – Земля» является на сегодняшний день актуальной по многим причинам. Во-первых, это проблема альтернативных источников энергии на Земле. Солнечная энергия – неисчерпаемый источник энергии, притом безопасный. Во-вторых, это влияние солнечной активности на земную атмосферу и магнитное поле Земли: магнитные бури, полярные сияния, влияния солнечной активности на качество радиосвязи, засухи, ледниковые периоды и др. Изменение уровня солнечной активности приводит к изменению величин основных метеорологических элементов: температуры, давления, числа гроз, осадков и связанных с ними гидрологических и дендрологических характеристик: уровня озер и рек, грунтовых вод, солености и оледенения океана, числа колец в деревьях, иловых отложений и т.п. Правда в отдельные периоды времени эти проявления происходят только частично или вовсе не наблюдаются. В-третьих, это проблема «Солнце – биосфера земли». С изменением солнечной активности учеными было замечено изменение численности насекомых и многих животных. В результате изучения свойств крови: числа лейкоцитов, скорости свертывания крови и др., были доказаны связи сердечно-сосудистых заболеваний человека с солнечной активностью.

В данной работе мы ограничимся рассмотрением влияния солнечной активности на геофизические параметры, особое внимание уделив воздействию активности на погоду и климат.

1. Солнечная активность и ее причины

У Солнца есть собственная «жизнь», называемая солнечной активностью: раскаленная масса Солнца находится в непрерывном движении, которое порождает пятна и факелы, меняет силу и направление солнечного ветра. На эту солнечную жизнь сразу реагирует магнитное поле Земли и ее атмосфера, порождая различные явления, воздействуя на животный и растительный мир, провоцируя вспышки рождаемости разных видов животных и насекомых, а также наши с вами заболевания.

Помимо обычного излучения, исходящего от Солнца, обнаружено и интенсивное радиоизлучение. Советская экспедиция в Бразилии, наблюдавшая затмение 20 мая 1947 года, обнаружила падение интенсивности радиоизлучения Солнца в 2 раза во время полной фазы солнечного затмения, в то время, как интенсивность общего излучения Солнца уменьшилась в миллион раз. Это говорит о том, что радиоизлучение Солнца происходит главным образом от его короны.

Причины циклической деятельности Солнца остаются пока неведомыми. Одни ученые склоняются к мнению, что ее основой являются внутренние механизмы, другие утверждают, что это гравитационные влияния обращающихся вокруг Солнца планет. Вторая точка зрения выглядит логичнее. Нужно учитывать и тот факт, что обращение планет происходит не столько вокруг Солнца, сколько вокруг общего центра тяжести всей Солнечной системы, по отношению к которому само Солнце описывает сложную кривую. Если учесть к тому же, что Солнце – не твердое тело, то такая динамика вращения непременно воздействует и на динамику движения всей солнечной плазмы, задавая ритмы солнечной активности.

2. Параметры Солнечной активности и ее влияние на погоду и климат

Наиболее близкий к нам источник частиц высоких энергий это, разумеется, наша звезда – Солнце. Поэтому для того, чтобы понять и оценить уровень энергии (или мощность) рассматриваемых воздействий, допустимо ограничиться анализом энергии поступающей от Солнца, а точнее анализом вариаций энергии поступающих от него потоков.

На Солнце происходит множество процессов, большая часть из которых остается неизученной. Тем не менее, составить достаточное представление о вариациях поступающей от него энергии можно, рассмотрев один из главных факторов – близкое к периодической изменение солнечной активности. 22-летний солнечный цикл определяется периодическим изменением полярности гигантского магнита, который представляет собой Солнце.

Поверхность Солнца очень неоднородна и находится в постоянном движении. Это подтверждают многочисленные снимки, которые в постоянном режиме делают станции наблюдения и обсерватории, в том числе международные, в различных диапазонах спектра. Приливы и отливы раскаленного и почти полностью ионизованного вещества, бушующие на Солнце, иногда приводят к эффекту, называемому корональным выбросом массы (впрочем, имеется, не существенный для понимания дальнейшего нюанс, связанный с различием между понятиями солнечной вспышки и коронального выброса массы). В этом случае от поверхности нашей звезды отрываются огромные потоки плазмы, которые уходят в межзвездное пространство и вполне могут достичь Земли.

Пятна на Солнце, которые в непрерывном режиме регистрируются уже более ста лет, как раз и являются основой для наиболее простого способа регистрации солнечной активности.

Впрочем, пятна на Солнце могут быть разного размера, причем появление группы пятен далеко не тождественно появлению одного пятна той же площади. Чтобы учесть это обстоятельство, в солнечно-земной физике давно используются так называемые числа Вольфа, которые позволяют довольно точно судить об активности светила по числу пятен, наблюдаемых с Земли. Число Вольфа или относительное цюрихское число солнечных пятен, определяется по формуле

где f – общее число пятен на видимой полусфере Солнца, g – число групп пятен. Коэффициент k обеспечивает учет условий наблюдений (например, тип телескопа). С его помощью наблюдения в любой точке планеты пересчитываются к стандартным цюрихским числам.

Число параметров, с помощью которых можно охарактеризовать активность Солнца очень велико и такой показатель как числа Вольфа, далеко не является исчерпывающим. Наглядно показать это можно, отталкиваясь только от одного факта – Солнце, как и всякое сильно разогретое тело, излучает электромагнитные волны в очень широком спектральном диапазоне. Помимо видимого света, оно испускает и радиоволны, и жесткие рентгеновские лучи. Учитывая, что спектр разогретых тел является практически сплошным, а вариации интенсивности в его отдельных участках могут и не быть коррелированны друг с другом, легко представить себе трудности, с которыми сталкивается солнечно-земная физика при попытках отыскать некий интегральный (или универсальный) показатель.

Единого универсального показателя для активности Солнца не существует, но в солнечно-земной физике установлено, что можно указать величины, которые позволяют в какой-то степени приблизиться к решению этой задачи. Одной из этих величин является интенсивность радиоизлучения Солнца на волне 10,7 см, которая также обладает примерно той же периодичностью, что и числа Вольфа. Многочисленные исследования показали, что вариации и этого, и многих других показателей с приемлемой точностью кореллируют с числами Вольфа. Поэтому во многих исследованиях по солнечно-земным связям проводится сопоставление наблюдаемых в различных оболочках Земли явлений с поведением солнечной активности. Впрочем, для более точных количественных оценок используется и интенсивность радиоизлучения на волне 10,7 см.

Известны многочисленные работы, показывающие, что изменение солнечной активности в течение 11-летнего цикла, влияет на многие показатели, относящиеся как к верхней, так и к нижней атмосфере. Одним из ярких примеров является цикл работ, выполненный в Научно-исследовательском институте физики Санкт-Петербургского университета. В этих работах было изучено влияние солнечной активности на многолетний ход температуры вблизи земной поверхности, т.е. в тропосфере. Работ аналогичного профиля существует очень много, например, предпринимались и определенные шаги по популяризации данных исследований, и тем более интересным является обзор, в котором рассматривались существенные трудности, которые возникают при попытках интерпретировать воздействие солнечной активности на события в тропосфере.

Первая трудность состоит в том, что поток энергии, поступающий от Солнца в околоземное космическое пространство с высокой точностью постоянен. По оценкам, подтверждаемых расчетами, проведенными на основании данных полученных со спутника "Нимбус-7", как это отмечалось в, в околоземное космическое пространство приходит энергия, характеризуемой величиной порядка 10 12 МВт. При этом ее изменчивая часть составляет всего около 10 6 – 10 4 МВт, т.е. менее одной десятитысячной процента от фонового значения. Другими словами, вариативная часть энергии, поступающей на Землю от Солнца сопоставима с той, что вырабатывается человеком в одном, сравнительно небольшом, регионе.

Поток лучистой энергии, поступающей от Солнца, можно также охарактеризовать с помощью солнечной постоянной

(величина потока энергии, отнесенная к единице площади). Спутниковые измерения, проведенные в максимуме и минимуме солнечной активности, показали, что величина с высокой точностью действительно остается постоянной. Разница составляет около 2 Вт/м 2 при средней величине около 1380 Вт/м 2 .

Сопоставление энергии, приходящейся на изменчивую часть потока от Солнца с энергией характерных для атмосферы явлений, скажем, одного-единственного циклона также показывает, что это – сравнимые величины. Иначе говоря, непосредственно воздействия на события в тропосфере изменения солнечной активности оказывать не должны, если отталкиваться только от энергетических соображений.

Однако это еще не все. Еще одна трудность, возникающая при рассмотрении воздействия вариаций солнечной активности на тропосферу, т.е. самый нижний слой атмосферы, состоит в том, что частицы и излучение, несущие вариативную часть энергии не доходят до поверхности земли. Коротковолновое излучение, а также такие частицы как электроны радиационных поясов и солнечные протоны поглощаются в более высоких слоях атмосферы (в стратосфере и мезосфере).

Нам кажется, что источник жизни на Земле - солнечное излучение - постоянен и неизменен. Непрерывное развитие жизни на нашей планете в течение последнего миллиарда лет как бы подтверждает это. Но физика Солнца, за минувшее десятилетие достигшая больших успехов, доказала, что излучение Солнца испытывает колебания, имеющие свои периоды, ритмы и циклы. На Солнце появляются пятна, факелы, протуберанцы. Число их возрастает в течение 4-5 лет до наивысшего предела в год солнечной активности.

Это и есть время максимума солнечной активности. В эти годы Солнце выбрасывает дополнительное количество заряженных электричеством частичек - корпускул, которые со скоростью более 1000 км/сек несутся в межпланетном простран-стве и врываются в атмосферу Земли. Особенно мощные потоки корпускул исходят при хромосферных вспышках - особом виде взрывов солнечной материи. Во время этих исключительно сильных вспышек Солнце выбрасывает так называемые космические лучи. Эти лучи состоят из осколков атомных ядер и приходят к нам из глубины Вселенной. В годы солнечной активности усиливается ультрафиолетовое, рентгеновское и радиоизлучение Солнца.

Периоды солнечной активности оказывают огромное влияние на изменение погоды и усиление природных катаклизмов, что прекрасно известно из истории. Опосредованно пики солнечной активности, а также вспышки на Солнце могут воздействовать на общественные процессы, вызывая голод, войны и революции. При этом утверждение о наличии прямой связи между максимумами активности и революциями не имеет под собой никакой научно подтвержденной теории. Однако, в любом случае, понятно, что прогноз солнечной активности в связи с погодой является важнейшей задачей климатологии. Повышенная солнечная активность отрицательно воздействует на здоровье людей и их физическое состояние, нарушает биологические ритмы.

Излучение Солнца несет с собой большие запасы энергии. Все виды этой энергии, попадая в атмосферу, в основном поглощаются ее верхними слоями, где происходят, как говорят ученые, «возмущения». Силовые линии магнитного поля Земли направляют обильные потоки корпускул в полярные широты. В связи с этим там возникают магнитные бури и полярные сияния. Корпускулярные лучи начинают проникать даже в атмосферу умеренных и южных широт. Тогда вспыхивают полярные сияния в таких отдаленных от полярных стран местах, как Москва, Харьков, Сочи, Ташкент. Такие явления наблюдались неоднократно и будут не раз наблюдаться в будущем.

Иногда магнитные бури достигают такой силы, что прерывают работу телефонной и радиосвязи, нарушают работу линий электропередач, вызывают сбои в электроснабжении.

Ультрафиолетовые лучи Солнца почти целиком поглощаются высокими слоями атмосферы

Для Земли это имеет огромное значение: ведь в большом количестве ультрафиолетовые лучи губительны для всего живого.

Солнечная активность, воздействуя на высокие слои атмосферы, существенным образом влияет на общую циркуляцию воздушных масс. Следовательно, оно отражается на погоде и климате всей Земли. По-видимому, влияние возмущений, возникающих в верхних слоях воздушного океана, передаются в его нижние слои - тропосферу. При полетах искусственных спутников Земли и метеорологических ракет были обнаружены расширения и уплотнения высоких слоев атмосферы: воздушные приливы и отливы, подобные океаническим ритмам. Однако механизм взаимосвязи индекса высоких и низких слоев атмосферы полностью еще не удалось раскрыть. Бесспорно, что в годы максимума солнечной активности происходит усиление циклов циркуляции атмосферы, чаще происходят столкновения теплых и холодных течений воздушных масс.

На Земле существуют области жаркой погоды (экватор и часть тропиков) и гигантские холодильники - Арктика и особенно Антарктика . Между этими областями Земли всегда существует разница в температуре и давлении атмосферы, что приводит в движение огромные массы воздуха. Идет непрерывная борьба между теплыми и холодными течениями, стремящимися выровнять разницу, возникающую из-за изменений в температуре и давлении. Иногда теплый воздух «берет перевес» и проникает далеко к северу до Гренландии и даже к полюсу. В других случаях массы арктического воздуха прорываются на юг до Черного и Средиземного морей, доходят до Средней Азии и Египта. Граница борющихся воздушных масс представляет собой самые неспокойные области атмосферы нашей планеты.

Когда разница в температуре движущихся воздушных масс возрастает, то на границе возникают мощные циклоны и антициклоны , порождающие частые грозы, ураганы, ливни.

Современные климатические аномалии вроде лета 2010 в европейской части России, и многочисленных наводнений в Азии не являются чем-то экстраординарным. Их не стоит считать предвестниками скорого конца света, или свидетельством глобального изменения климата. Приведем пример из истории.

В 1956 г. бурная погода охватила северное и южное полушария. Во многих районах Земли это вызвало стихийные бедствия и резкое изменение погоды. В Индии паводки на реках повторялись несколько раз. Вода затопила тысячи сел и смыла посевы. От наводнений пострадало около 1 млн. человек. Прогнозы не работали. От ливней, гроз и наводнений летом этого же года пострадали даже такие страны, как Иран и Афганистан, где обычно в эти месяцы бывают засухи. Особенно высокая солнечная активность с пиком излучения в период 1957-1959 годов, вызвала еще больший рост числа метеорологических катастроф - ураганов, гроз, ливней.

Всюду наблюдались резкие контрасты погоды. Например, в Европейской части СССР за 1957 г. оказалась необычайно теплой: в январе средняя температура была -5°. В феврале в Москве средняя температура достигла -1°, при норме -9°. В это же время в Западной Сибири и в республиках Средней Азии стояли сильные морозы. В Казахстане температура понизилась до -40°. Алма-Ата и другие города Средней Азии были буквально засыпаны снегом. В южном полушарии - в Австралии и в Уругвае - в те же месяцы стояла небывалая жара с суховеями. Атмосфера бушевала до 1959 г., когда начался спад солнечной активности.

Влияние вспышек Солнца и уровня солнечной активности на состояние растительного и животного мира сказывается косвенным путем: через циклы общей циркуляции атмосферы. Например, ширина слоев спиленного дерева, по которым определяется возраст растения, зависит главным образом от ежегодного количества осадков. В засушливые годы слои эти очень тонки. Количество годовых осадков изменяется периодически, что можно увидеть на годичных кольцах старых деревьев.

Срезы, сделанные на стволах мореных дубов (их находят в руслах рек), позволили узнать историю климата за несколько тысячелетий до нашего времени. Существование определенных периодов, или циклов, солнечной активности подтверждает исследования материалов, которые выносят реки с суши и откладывают на дне озер, морей и океанов. Анализ состояния проб донных отложений позволяет проследить течение солнечной активности на протяжении сотен тысяч лет. Взаимосвязи солнечной активности и процессов природы на Земле очень сложны и не объединены в общую теорию.

Ученые установили, что колебания солнечной активности совершаются в пределах от 9 до 14 лет

Солнечная активность влияет на уровень Каспийского моря, на соленость вод Балтийского и ледовитость северных морей. Для цикла повышенной солнечной деятельности характерно низкое стояние уровня Каспия: повышение температуры воздуха вызывает усиленное испарение воды и уменьшение стока Волги - главной питающей артерии Каспия. По той же причине повысилась соленость Балтийского моря и уменьшилась ледовитость северных морей . В принципе, ученые могут дать прогноз будущего режима северных морей на ряд ближайших десятилетий.

В настоящее время часто слышатся доводы, что Северный Ледовитый океан вскоре освободится ото льда и будет пригоден для судоходства. Следует искренне посочувствовать «познаниям» «экспертов», делающих такие заявления. Да, возможно, частично освободится на год-другой. А потом снова замерзнет. И чего Вы нам сказали такого, о чем мы не знали? Зависимость ледяного покрова северных морей от циклов и периодов повышенной солнечной активности надежно установлена более 50 лет назад и подтверждена десятилетиями наблюдений. Поэтому можно с высокой уверенностью утверждать, что лед нарастет так же, как и растаял, по мере прохождения цикла солнечной активности.

Просто о сложном – Солнечная активность и ее влияние на природу и климат в справочнике

Галерея изображений, картинки, фотографии.
Солнечная активность и ее влияние на природу и климат – основы, возможности, перспективы, развитие.
Интересные факты, полезная информация.
Зеленые новости – Солнечная активность и ее влияние на природу и климат.
Ссылки на материалы и источники – Солнечная активность и ее влияние на природу и климат в справочнике.

Изображение Солнца в реальном времени(онлайн).

Ультрафиолетовый телескоп, яркие пятна соответствуют 60-80 тыс. градусам по Кельвину. Спутник SOHO LASCO C3

Изображение короны солнца в реальном времени(онлайн).

Показывает солнечный ветер протяженностью около 8,5 миллионов километров от Солнца.

Изображение солнечного ветра в реальном времени(онлайн).

Пустое поле соответствует 32 диаметрам Солнца. Диаметр изображения около 45 миллионов километров на расстоянии от Солнца, или половина диаметра Меркурия. За Солнцем можно наблюдать много ярких звезд. Спутник SOHO LASCO C2

Вспышки на Солнце

На шкале существует пять категорий (по возрастанию мощности): A, B, C, M и X. Помимо категории каждой вспышке присваивается некоторое число. Для первых четырех категорий это число от нуля до десяти, а для категории X - от нуля и выше.

Индекс геомагнитной возмущенности и магнитные бури

Индекс Kp определяет степень геомагнитной возмущенности. Чем выше индекс Kp тем возмущения больше. Kp 4 - сильные возмущения.

Сравнение основных графиков по солнцу

Прогноз солнечной активности на 27 дней

HAARP феррозонд (магнитометр)

"Компонент H" (черный след) положителен магнитный север,
"Компонент D" (красный след) положителен Восток,
"Компонент Z" (синий след) положителен вниз

Примечание: Время на картинках указано североатлантическое, то есть относительно московского времени нужно отнять 7 часов (UTC=MST-4)
Источники информации: http://www.swpc.noaa.gov/
http://www.irf.se/
http://www.tesis.lebedev.ru/

Характеристики Солнца

Расстояние до Солнца : 149.6 млн. км = 1.496· 1011 м = 8.31 световая минута

Радиус Солнца : 695 990 км или 109 радиусов Земли
Масса Солнца : 1.989 · 1030 кг = 333 000 масс Земли

Температура поверхности Солнца : 5770 К
Химический состав Солнца на поверхности : 70% водорода (H), 28% гелия (He), 2% остальных элементов (C, N, O, ...) по массе

Температура в центре Солнца : 15 600 000 К
Химический состав в центре Солнца : 35% водорода (H), 63% гелия (He), 2% остальных элементов (C, N, O, ...) по массе

В атмосфере Солнца доминирует чудесный ритм приливов и отливов активности. самые большие из которых видны даже без телескопа, являются областями чрезвычайно сильного магнитного поля на поверхности светила. Типичное зрелое пятно отличается белым цветом и имеет форму маргаритки. Оно состоит из темного центрального ядра, называемого тенью, которое представляет собой петлю магнитного потока, выходящую вертикально снизу, и более светлого кольца волокон вокруг него, называемого полутенью, в котором магнитное поле распространяется наружу по горизонтали.

Солнечные пятна

В начале ХХ в. Джордж Эллери Хейл, наблюдая с помощью своего нового телескопа солнечную активность в реальном времени, обнаружил, что спектр пятен похож на спектр холодных красных звезд М-типа. Таким образом, он показал, что тень кажется темной потому, что ее температура составляет всего около 3000 K, намного меньше 5800 К окружающей фотосферы. Магнитное и газовое давление в пятне должно уравновешивать окружающее. Оно должно охлаждаться, чтобы внутреннее давление газа стало значительно ниже внешнего. В «прохладных» областях идут интенсивные процессы. Солнечные пятна охлаждаются благодаря подавлению сильным полем конвекции, передающей тепло снизу. По этой причине нижний предел их размера равен 500 км. Меньшие пятна быстро нагреваются окружающим излучением и разрушаются.

Несмотря на отсутствие конвекции, в пятнах происходит много организованного движения, в основном в полутени, где горизонтальные линии поля это позволяют. Примером такого перемещения является эффект Эвершеда. Это поток со скоростью 1 км/с во внешней половине полутени, который простирается за ее пределы в виде движущихся объектов. Последние представляют собой элементы магнитного поля, которые текут наружу по области, окружающей пятно. В хромосфере над ним обратный поток Эвершеда проявляется в виде спиралей. Внутренняя половина полутени движется по направлению к тени.

В солнечных пятнах также происходят колебания. Когда участок фотосферы, известный как «легкий мост», пересекает тень, наблюдается быстрый горизонтальный поток. Хотя поле тени слишком сильное, чтобы позволить движение, чуть выше в хромосфере возникают быстрые колебания с периодом в 150 с. Над полутенью наблюдаются т. н. бегущие волны, распространяющиеся радиально наружу с 300-с периодом.

Количество солнечных пятен

Солнечная активность систематически проходит по всей поверхности светила между 40° широты, что свидетельствует о глобальном характере этого явления. Несмотря на значительные колебания цикла, в целом он впечатляюще регулярный, что подтверждается хорошо установленным порядком в численных и широтных положениях пятен.

В начале периода количество групп и их размеры быстро возрастают до тех пор, пока через 2-3 года не будет достигнуто максимальное их число, а еще через год - максимум площади. Среднее время жизни группы составляет около одного вращения Солнца, но небольшая группа может длиться только 1 день. Самые крупные группы пятен и наибольшие извержения обычно происходят через 2 или 3 года после достижения предела числа солнечных пятен.

Возможно появление до 10 групп и 300 пятен, и одна группа может насчитывать до 200. Течение цикла может быть нерегулярным. Даже вблизи максимума количество пятен может временно значительно снижаться.

11-летний цикл

Количество пятен возвращается к минимуму примерно каждые 11 лет. В это время на Солнце имеется нескольких небольших подобных образований, обычно на низких широтах, и месяцами они могут отсутствовать вообще. Новые пятна начинают появляться на более высоких широтах, между 25° и 40°, с полярностью, противоположной предыдущему циклу.

Одновременно могут существовать новые пятна на высоких широтах и старые - на низких. Первые пятна нового цикла небольшие и живут всего несколько дней. Поскольку период вращения составляет 27 дней (дольше в более высоких широтах), они обычно не возвращаются, а более новые оказываются ближе к экватору.

Для 11-летнего цикла конфигурация магнитной полярности групп пятен одинакова в данной полусфере и в другом полушарии обращена в противоположном направлении. Она меняется в следующем периоде. Таким образом, новые пятна на высоких широтах в северном полушарии могут иметь положительную полярность и следующую за ней отрицательную, а группы из предыдущего цикла на низкой широте будут иметь противоположную ориентацию.

Постепенно старые пятна исчезают, а новые появляются в больших количествах и размерах на более низких широтах. Их распределение имеет форму бабочки.

Полный цикл

Поскольку конфигурация магнитной полярности групп солнечных пятен меняется каждые 11 лет, она возвращается к одному значению каждые 22 года, и этот срок считается периодом полного магнитного цикла. В начале каждого периода общее поле Солнца, определяемое доминирующим полем на полюсе, имеет ту же полярность, что и пятна предыдущего. По мере разрыва активных областей магнитный поток разделяется на участки с положительным и отрицательным знаком. После того, как множество пятен появилось и исчезло в одной и той же зоне, образуются крупные однополярные регионы с тем или иным знаком, которые движутся к соответствующему полюсу Солнца. Во время каждого минимума на полюсах преобладает поток следующей полярности в этом полушарии, и это поле, видимое с Земли.

Но если все магнитные поля сбалансированы, как они делятся на большие униполярные области, которые управляют полярным полем? На этот вопрос ответа не найдено. Поля, приближающиеся к полюсам, вращаются медленнее, чем солнечные пятна в экваториальной области. В конце концов слабые поля достигают полюса и реверсируют доминирующее поле. Это изменяет полярность, которую должны принимать ведущие пятна новых групп, тем самым продолжая 22-летний цикл.

Исторические свидетельства

Хотя цикл солнечной активности на протяжении нескольких столетий был довольно регулярным, наблюдались и его значительные вариации. В 1955-1970 годах гораздо больше пятен было в северном полушарии, а в 1990 г. они доминировали в южном. Два цикла, достигшие максимума в 1946 и 1957 годах, были самыми большими в истории.

Английский астроном Уолтер Маундер обнаружил доказательства периода низкой солнечной магнитной активности, указав, что между 1645 и 1715 годами наблюдалось очень мало пятен. Хотя это явление впервые было обнаружено примерно в 1600 г., за этот период было зафиксировано мало случаев их наблюдения. Этот период называется минимумом Маунда.

Опытные наблюдатели сообщили о появлении новой группы пятен как о великом событии, отметив, что они не видели их в течение многих лет. После 1715 года это явление вернулось. Оно совпало с самым холодным периодом в Европе с 1500 по 1850 г. Однако связь этих явлений так и не была доказана.

Есть некоторые данные о других подобных периодах с интервалами примерно в 500 лет. Когда солнечная активность высока, сильные магнитные поля, образуемые солнечным ветром, блокируют высокоэнергетические галактические космические лучи, приближающиеся к Земле, что ведет к меньшему образованию углерода-14. Измерение 14 С в кольцах деревьев подтверждает низкую активность Солнца. 11-летний цикл не был обнаружен до 1840-х годов, поэтому наблюдения до этого времени были нерегулярными.

Эфемерные области

Помимо солнечных пятен, появляется множество крошечных диполей, называемых эфемерными активными областями, которые существуют в среднем меньше суток и встречаются по всему Солнцу. Их количество достигает 600 в день. Хотя эфемерные области небольшие, они могут составлять значительную часть магнитного потока светила. Но так как они нейтральны и довольно малы, то, вероятно, не играют роли в эволюции цикла и глобальной модели поля.

Протуберанцы

Это одно из самых красивых явлений, которые можно наблюдать во время солнечной активности. Они подобны облакам в земной атмосфере, но поддерживаются магнитными полями, а не тепловыми потоками.

Плазма из ионов и электронов, составляющая солнечную атмосферу, не может пересекать горизонтальные линии поля, несмотря на силу тяжести. Протуберанцы возникают на границах между противоположными полярностями, где линии поля меняют направление. Таким образом, они являются надежными индикаторами резких полевых переходов.

Как и в хромосфере, протуберанцы прозрачны в белом свете и, за исключением полных затмений, должны наблюдаться в Hα (656,28 нм). Во время затмения красная линия Hα придает протуберанцам красивый розовый оттенок. Их плотность значительно ниже, чем у фотосферы, поскольку для генерации излучения слишком мало столкновений. Они поглощают излучение снизу и излучают его во всех направлениях.

Свет, видимый с Земли во время затмения, лишен восходящих лучей, поэтому протуберанцы выглядят темнее. Но поскольку небо еще темнее, то на его фоне они кажутся яркими. Их температура составляет 5000-50000 К.

Виды протуберанцев

Существуют два основных типа протуберанцев: спокойные и переходные. Первые связаны с крупномасштабными магнитными полями, обозначающими границы однополярных магнитных областей или групп солнечных пятен. Поскольку такие участки живут долго, то же справедливо и для спокойных протуберанцев. Они могут иметь различную форму - изгороди, взвешенных облаков или воронок, но всегда двумерны. Стабильные волокна часто становятся нестабильными и извергаются, но также могут просто исчезнуть. Спокойные протуберанцы живут несколько дней, но на магнитной границе могут образовываться новые.

Переходные протуберанцы являются неотъемлемой частью солнечной активности. К ним относятся струи, представляющие собой дезорганизованную массу материала, выброшенного вспышкой, и сгустки - коллимированные потоки небольших выбросов. В обоих случаях часть вещества возвращается на поверхность.

Петлеобразные протуберанцы являются последствиями этих явлений. В процессе вспышки поток электронов нагревает поверхность до миллионов градусов, формируя горячие (более 10 млн K) коронарные протуберанцы. Они сильно излучают, охлаждаясь, и лишенные опоры, спускаются к поверхности в виде элегантных петель, следуя магнитным силовым линиям.

Вспышки

Наиболее эффектным явлением, связанным с солнечной активностью, являются вспышки, которые представляют собой резкое высвобождение магнитной энергии из области солнечных пятен. Несмотря на большую энергию, большинство из них почти невидимы в видимом диапазоне частот, поскольку излучение энергии происходит в прозрачной атмосфере, и только фотосферу, которая достигает относительно небольших энергетических уровней, можно наблюдать в видимом свете.

Вспышки лучше всего видны в линии Hα, где яркость может быть в 10 раз больше, чем в соседней хромосфере, и в 3 раза выше, чем в окружающем континууме. В Hα большая вспышка будет покрывать несколько тысяч солнечных дисков, но в видимом свете появляются лишь несколько небольших ярких пятен. Энергия, выделяемая при этом, может достигать 10 33 эрг, что равно выходу всего светила за 0,25 с. Большая часть этой энергии первоначально высвобождается в виде высокоэнергетических электронов и протонов, а видимое излучение является вторичным эффектом, вызванным воздействием частиц на хромосферу.

Виды вспышек

Диапазон размеров вспышек широкий - от гигантских, бомбардирующих частицами Землю, до едва заметных. Они обычно классифицируются по связанным с ними потоками рентгеновских лучей с длиной волны от 1 до 8 ангстрем: Cn, Mn или Xn для более 10 -6 , 10 -5 и 10 -4 Вт/м 2 соответственно. Таким образом, M3 на Земле соответствует потоку 3 × 10 -5 Вт/м 2 . Этот показатель не является линейным, так как измеряет только пик, а не общее излучение. Энергия, выделяемая в 3-4 крупнейших вспышках каждый год, эквивалентна сумме энергий всех остальных.

Виды частиц, создаваемых вспышками, меняются в зависимости от места ускорения. Между Солнцем и Землей недостаточно вещества для ионизирующих столкновений, поэтому они сохраняют свое первоначальное состояние ионизации. Частицы, ускоренные в короне ударными волнами, демонстрируют типичную корональную ионизацию в 2 млн К. Частицы, ускоренные в теле вспышки, имеют значительно более высокую ионизацию и чрезвычайно высокие концентрации Не 3 , редкого изотопа гелия только с одним нейтроном.

Большинство крупных вспышек происходит в небольшом количестве сверхактивных больших групп солнечных пятен. Группы представляют собой большие скопления одной магнитной полярности, окруженные противоположной. Хотя прогноз солнечной активности в виде вспышек возможен из-за наличия таких образований, исследователи не могут предсказать, когда они появятся, и не знают, что их производит.

Влияние на Землю

Помимо обеспечения света и тепла, Солнце воздействует на Землю через ультрафиолетовое излучение, постоянный поток солнечного ветра и частиц от больших вспышек. Ультрафиолетовое излучение создает озоновый слой, который, в свою очередь, защищает планету.

Мягкие (длинноволновые) рентгеновские лучи из создают слои ионосферы, которые делают возможным коротковолновое радиосообщение. В дни солнечной активности излучение короны (медленно меняющееся) и вспышек (импульсивное) увеличивается, создавая лучший отражающий слой, но плотность ионосферы растет до тех пор, пока радиоволны не будут поглощаться и коротковолновая связь не будет затруднена.

Более жесткие (коротковолновые) рентгеновские импульсы от вспышек ионизируют самый низкий слой ионосферы (D-слой), создавая радиоизлучение.

Вращающееся магнитное поле Земли достаточно сильное, чтобы блокировать солнечный ветер, формируя магнитосферу, которую обтекают частицы и поля. На стороне, противоположной светилу, линии поля образуют структуру, называемую геомагнитным шлейфом или хвостом. Когда солнечный ветер усиливается, происходит резкое увеличение поля Земли. Когда межпланетное поле переключается в направлении, противоположном земному, или когда в него попадают большие облака частиц, магнитные поля в шлейфе снова соединяются и выделяется энергия, создающая полярные сияния.

Магнитные бури и солнечная активность

Каждый раз, когда большая обращается к Земле, солнечный ветер ускоряется и возникает Это создает 27-дневный цикл, особенно заметный на минимуме солнечных пятен, что позволяет делать прогноз солнечной активности. Большие вспышки и другие явления вызывают выбросы корональной массы, облаков энергетических частиц, которые образуют кольцевой ток вокруг магнитосферы, вызывающий резкие колебания в поле Земли, называемые геомагнитными бурями. Эти явления нарушают радиосвязь и создают скачки напряжения на линиях дальней связи и в других длинных проводниках.

Возможно, самым интригующим из всех земных явлений является возможное влияние солнечной активности на климат нашей планеты. Минимум Маунда кажется вполне обоснованным, но есть и другие явные эффекты. Большинство ученых считает, что существует важная связь, замаскированная рядом других явлений.

Поскольку заряженные частицы следуют за магнитными полями, корпускулярное излучение не наблюдается во всех больших вспышках, а только в тех, которые расположены в западном полушарии Солнца. Силовые линии с его западной стороны достигают Земли, направляя туда частицы. Последние в основном являются протонами, потому что водород - доминирующий составляющий элемент светила. Многие частицы, двигаясь со скоростью 1000 км/с секунду, создают фронт ударной волны. Поток частиц с низкой энергией в больших вспышках настолько интенсивный, что угрожает жизни астронавтов за пределами магнитного поля Земли.

Активная область на Солнце (АО) это совокупность изменяющихся структурных образований в некоторой ограниченной области солнечной атмосферы, связанная с усилением в ней магнитного поля от значений 1020 до нескольких (45) тысяч эрстед. В видимом свете наиболее заметным структурным образованием активной области являются темные, резко очерченные солнечные пятна, часто образующие целые группы. Обычно среди множества более или менее мелких пятен выделяются два крупных, образующих биполярную группу пятен с противоположной полярностью магнитного поля в них. Отдельные пятна и вся группа обычно окружены яркими ажурными, похожими на сетку структурами факелами. Здесь магнитные поля достигают значений в десятки эрстед. В белом свете факелы лучше всего заметны на краю солнечного диска, однако, в сильных спектральных линиях (особенно водорода, ионизованного кальция и др. элементов), а также в далекой ультрафиолетовой и рентгеновской областях спектра, они значительно ярче и занимают большую площадь. Протяженности активной области достигают нескольких сотен тысяч километров, а время жизни от нескольких дней до нескольких месяцев. Как правило, их можно наблюдать практически во всех диапазонах солнечного электромагнитного спектра от рентгеновских, ультрафиолетовых и видимых лучей до инфракрасных и радио волн. На краю солнечного диска, когда активная область видна сбоку, над нею, в солнечной короне в эмиссионных линиях часто наблюдаются протуберанцы огромные плазменные «облака» причудливых форм. Время от времени в активной области происходят внезапные взрывы плазмы солнечные вспышки. Они порождают мощное ионизующее излучение (в основном, рентгеновское) и проникающее излучение (энергичные элементарные частицы, электроны и протоны). Высокоскоростные корпускулярные плазменные потоки изменяют структуру солнечной короны. Когда Земля попадает в такой поток, деформируется ее магнитосфера и возникает магнитная буря. Ионизующее излучение сильно влияет на условия в верхних слоях атмосферы и создает возмущения в ионосфере. Возможны влияния и на многие другие физические явления (см . раздел СОЛНЕЧНО-ЗЕМНЫЕ СВЯЗИ).

Пикельнер С.Б. Солнце. М., Физматгиз, 1961
Мензел Д. Наше солнце . М., Физматгиз, 1963
Витинский Ю.И., Оль А.И., Сазонов Б.И. Солнце и атмосфера Земли . Л., Гидрометеоиздат, 1976
Кононович Э.В. Солнце дневная звезда . М., Просвещение, 1982
Миттон С. Дневная звезда. М., Мир, 1984
Кононович Э.В., Мороз В.И. Общий курс астрономии . М., УРСС, 2001

Найти "СОЛНЕЧНАЯ АКТИВНОСТЬ " на