Главная В избранное Контакты News О проекте Планы сайта Карта
счетчик сайта
Размер шрифта:

Кратко:

Новые данные в изучении солнечной активности

Кручение силовых линий магнитного поля вызвано эффектами вращения Солнца, получившими название альфа-эффектов. Ранние модели солнечного динамо предполагали, что кручение возникает вследствие вращения Солнца в очень мощных конвективных потоках, переносящих тепло к поверхности звезды. Однако недостаток этой модели заключался в том, что расчетная величина кручения оказалась слишком большой, а возникающие магнитные циклы длились лишь несколько лет. В последующих моделях уже предполагалось, что кручение возникает за счет эффекта вращения Солнца в восходящих магнитных «каналах». Кручение, возникающее вследствие альфа-эффекта, вызывает смену полюсов магнитного поля от одного цикла солнечной активности к другому (впервые это явление открыл американский астроном Эдвин Хейл). По сути, закрученные и деформированные магнитные поля изменяют свою структуру от простой к сложной и обратно, и цикл этот бесконечен. Мы называем его циклом солнечной активности.

Спутник «SOHO» «принёс» нам ещё одно доказательство того, что истоки циклов солнечной активности лежат в области сдвигов магнитных полей, в основании конвективной зоны. Коллектив исследователей Стенфордского университета сузил поиск этой области до слоя толщиной в 61 тыс. км, который расположен на глубине 217 тыс. км под солнечной поверхностью. По оценкам учёных, именно в этом слое отмечается высокий уровень турбулентности и сдвиговых потоков, связанных с изменением скорости вращения.

Медленное движение плазмы от экватора к полюсам, наблюдавшееся на поверхности Солнца, теперь считается важной составляющей солнечного динамо. Ранее ученые полагали, что этот дрейф является волнообразным и в него вовлечены силы магнитных полей. Однако в настоящее время появились доказательства того, что дрейф плазмы происходит под действием гигантской циркуляционной системы, в которой сжатые газы, расположенные на глубине 200 тыс. км под поверхностью Солнца, перемещаются от его полюсов к экватору со скоростью 5 км/ч. Затем в области экватора газы поднимаются ближе к поверхности и возвращаются обратно к полюсам. Теперь они движутся в менее сжатом слое и с более высокой скоростью — от 30 до 60 км/ч. В недавно созданной теоретической модели цикла солнечной активности особое внимание уделяется этим обширным подповерхностным течениям, размеры которых значительно больше Земли. Скорость этой меридиональной циркуляции незначительно варьирует от одного солнечного цикла к другому. В пределах циклов, длящихся менее 11 стандартных лет, циркуляция проходит быстрее. Если же длительность цикла составляет более 11 лет, то циркуляция происходит медленнее. Эти факты являются неопровержимым доказательством того, что циркуляция является подобием внутреннего тактового генератора, определяющего период цикла солнечной активности.

David Whitehouse, "The sun".

 

    

    

 

Спокойное Солнце (минимум активности)

Вид спокойного Солнца
(минимум активности).

Солнце

© Владимир Каланов


Спикулы

Спикулы — отдельные тонкие столбы светящейся плазмы в хромосфере (диаметр около 1000 км), видимые при наблюдении Солнца в линиях водорода, гелия и некоторых других элементов, которые наблюдаются на лимбе или около него. Спикулы поднимаются из хромосферы в солнечную корону до высоты 6-10 тыс. км, их диаметр 200-2000км, как правило порядка 1000 км в поперечнике и 10000 км в длину, они меняются очень быстро; время их жизни составляет от пяти до десяти минут. Поднимаясь из хромосферы со скоростью около от 4 до 20 км/с, они падают обратно и затухают. Температура спикул достигает 15000К. На Солнце одновременно существуют сотни тысяч спикул. Распределение спикул на Солнце неравномерно - они концентрируются на границах ячеек супергрануляции.

Детальное изображение поверхности Солнца

Одно из самых детальных изображений поверхности Солнца. Таинственные спикулы, ширина которых равна целой стране, а длина - половине диаметра Земли. Такими запечатлел их шведский гелиотелескоп, установленный на острове Ла Пальма.

Флоккулы

Флоккулы. Хромосфера над пятнами и факелами увеличивает свою яркость, причём контраст между возмущенной и не возмущенной хромосферой растёт с высотой. Эти более яркие области хромосферы называются флоккулами. Увеличение яркости флоккула по сравнению с окружающей невозмущенной хромосферой не дает оснований для определения его температуры, так как в разряженной и весьма прозрачной для непрерывного спектра хромосфере связь между температурой и излучением не подчиняется закону Планка. Повышение яркости флоккула в центральных частях, можно объяснить увеличением плотности вещества в хромосфере в 3 — 5 раз при почти неизменном значении температуры, или лишь слабым её увеличением.

Протуберанцы

ПротуберанецАктивные образования формирующиеся в хромосфере и наблюдаемые в короне в виде «фонтанов» дуг и т.п., представляющие собой облака раскаленного газа светящиеся примерно в тех же спектральных линиях, что и хромосфера называются протуберанцами. Чаще всего это удлиненные плотные образования, расположенные почти перпендикулярно к поверхности Солнца. Поэтому в проекции на солнечный диск они выглядят как темные, изогнутые волокна. Это наиболее грандиозные образования в солнечной атмосфере их длинна достигает сотен тысяч километров. Через протуберанцы происходит обмен вещества между хромосферой и короной. Имеется множество различных типов протуберанцев. Некоторые из них связаны со взрывоподобными выбросами вещества из хромосферы в корону. Возникновение, развитие и движение протуберанцев тесно связанно с эволюцией групп солнечных пятен (т.е. с солнечной активностью). На первых стадиях развития активной области образуются короткоживущие, быстроменяющиеся протуберанцы. При более поздних стадиях активной области образуются спокойные протуберанцы, существующие без заметных изменений. Затем наступает стадия активизации протуберанца, проявляющиеся в возникновении сильных движений, выбросов вещества в корону и появлением быстродвижущихся эруптивных протуберанцев. Плотность и температура протуберанцев такая же, как и вещества хромосферы, но на фоне горячей короны протуберанцы – более холодные и плотные образования. Температура протуберанцев около 20 000 К. Размеры протуберанцев могут быть разными. Типичный протуберанец имеет высоту около 40 000 км и ширину около 200 000 км. Дугообразные протуберанцы достигают размеров 800 000 км. Зарегистрированы и рекордсмены среди протуберанцев, их размеры превышали 3 000 000 км.

Солнечная активность

Солнечная активность – совокупность явлений, периодически возникающих в солнечной атмосфере. Проявления солнечной активности тесно связаны с магнитными свойствами солнечной плазмы. Возникновение активной области начинается с постепенного увеличения магнитного потока в некоторой области фотосферы. В соответствующих местах хромосферы после этого наблюдается увеличение яркости.

Общая активность Солнца, характеризуемая количеством и силой проявления центров солнечной активности, периодически изменяется. Существует множество различных удобных способов оценивать уровень солнечной активности. Обычно пользуются наиболее простым и введённым раньше всех способом - числами Вольфа. Числа Вольфа W равны сумме общего количества пятен f, наблюдаемых в данный момент на Солнце, и удесятерённого числа групп, которые они образуют g (одиночное пятно также считается группой):

W = f + 10g.

Период времени, когда количество центров активности наибольшее называют максимумом солнечной активности, а когда их совсем нет или почти совсем нет – минимумом. Максимумы и минимумы чередуются в среднем с периодом 11 лет. Это составляет так называемый 11-ти летний цикл солнечной активности. Исторически засвидетельствованы достаточно длинные нерегулярные периоды, когда возникает иллюзия, что солнечная активность замерла полностью и окончательно. Самый близкий к нам по времени подобный период известен, как «минимум Маундера», начавшийся в 30-е годы XVII века и длившийся приблизительно 75 лет.

В период минимума солнечной активности пятна появляются в средних широтах Солнца, в периоды максимума – около экватора. Около полюсов пятна практически не наблюдаются. В начале одиннадцатилетнего цикла солнечной активности большая часть пятен расположена на широтах от 20° до 30° (закон Шперера). Если зависимость широты пятен от времени изобразить на диаграмме, то зоны активности образуют на ней «бабочку Маундера».

Диаграмма солнечной активности: Бабочка Маундера
Диаграмма солнечной активности: Бабочка Маундера.

В начале ХХ века Д. Хейл обнаружил, что магнитные полярности первых, ведущих, пятен и хвостовых пятен в северном и южном полушариях Солнца противоположны и меняются полюсами в каждом новом цикле. Поэтому полный цикл солнечной активности происходит в течение 22 лет.

Прогнозирование особенностей солнечного цикла поможет предсказывать появление солнечных пятен и возникновение солнечных бурь, а также минимизировать проблемы, возникающие при их воздействии на нашу планету.

Ключом к пониманию и прогнозированию цикла солнечной активности являются огромные реки плазмы, циркулирующие между экватором и полюсами Солнца.

Компьютерная модель динамо-транспортировки магнитного потока, разработанная специалистами Национального центра атмосферных исследований США, успешно просчитывает и прогнозирует явления, которые будут происходить в течение следующего цикла солнечной активности. В её основе лежит предположение о взаимосвязи числа солнечных пятен с током плазмы в конвекционном слое Солнца. В модели учитываются широтная неравномерность вращения Солнца вокруг своей оси, эффект меридиональной циркуляции и полоидальная структура магнитного поля Солнца. Период циркуляции плазмы между экватором и полюсами светила составляет 17-22 года, и именно она в рамках данной модели является своеобразной «конвейерной лентой», переносящей солнечные пятна.

Оказалось, что циркуляция плазмы влияет на интенсивность будущих циклов, причем не одного, а двух, т.е. на период длительностью 22 года. Если скорость потока плазмы велика, то концентрация магнитных полей происходит на полюсах Солнца. Затем эти поля повышенной мощности переносятся вглубь, где они сжимаются ещё сильнее и, усиливаясь, становятся теми интенсивными магнитными полями, которые отвечают за формирование солнечных пятен в следующем цикле.

Считается, что поток плазмы переносит «отпечатки» солнечных пятен, существовавших в течение двух предыдущих солнечных циклов. В настоящее время изучаются механизмы рециркуляции магнитных потоков от распавшихся солнечных пятен. Анализируя предыдущие циклы солнечной активности, ученые надеются научиться предсказывать активность Солнца на два последующих цикла.

В начале XX века Александр Чижевский после многолетних статистических исследований доказал зависимость количества событий в общественной жизни на Земле от солнечной активности. Он выяснил, что в годы максимумов солнечной активности на Земле увеличивается количество революций и войн, усиливается политическая активность населения. Максимумы солнечной активности также провоцируют развитие многих болезней: в частности, усиливается вероятность эпидемий. Результаты своей работы он обобщил в книге «Физические факторы исторического процесса».

Понимание принципов, лежащих в основе цикла солнечной активности, поможет понять сущность функционирования других звёзд, подобных Солнцу. Предполагается, что, чем быстрее вращается такая звезда, тем больше возмущений она претерпевает. Это может свидетельствовать о том, что внутренний генератор таких звёзд работает на более высоких оборотах, в результате чего перенос пятен осуществляется быстрее, и на её поверхности образовываются более крупные и активные звёздные пятна. Было бы весьма любопытно понаблюдать за такими звездами, в том числе за их крупными пятнами, огромными вспышками и быстрыми циклами активности. Интересно, какое влияние оказывают такие звёзды на формы жизни, существующие на окружающих их планетах?

Все эти догадки и размышления приводят к возникновению вполне естественного вопроса: можем ли мы выявить существование на других звёздах циклов активности, аналогичных солнечным? Только при обнаружении и анализе циклов активности на других звёздах, аналогичных нашему Солнцу и отличающихся от него, мы можем по-настоящему рассматривать Солнце в космическом контексте. Является ли цикл активности нашего Солнца необычным? Какова его скорость? Существуют ли на других звёздах периоды минимальной активности, подобные маундеровским минимумам? Можно ли на основе анализа циклов других звёзд сделать вывод о том, насколько часто могут возникать маундеровские минимумы на звёздах, подобных нашему Солнцу?

Последние исследования показали, что практически все звёзды, хотя бы отдалённо напоминающие Солнце и находящиеся в состоянии минимальной активности, фактически обладают гораздо большей светимостью и, следовательно, их минимумы нельзя рассматривать в качестве аналогов маундеровского солнечного минимума. Эти исследования поставили под вопрос все попытки установить связь между солнечной активностью и будущим наступлением маундеровского минимума. Подавляющее большинство звёзд, претерпевающих минимум активности, находятся гораздо выше главной последовательности. Это означает, что они никоим образом не напоминают Солнце. Они либо эволюционируют, либо богаты металлами, такими, как железо и никель. На сегодняшний день астрономам не удалось обнаружить звезды, подобной Солнцу, которая, несомненно, находилась бы в состоянии маундеровского минимума.

В настоящее время учёные продолжают работы по научно-исследовательским программам цель которых – выявление циклов активности в других звёздах.

Так, в Ловелловской обсерватории в 1984 г. была начата программа по проведению фотометрического анализа 35 целевых объектов, направленная на устранение белых пятен в области наших знаний и понимания механизмов изменения яркости звезд, подобных Солнцу. Со временем этот проект заменили программой анализа высокоточных ночных наблюдений 350 солнцеподобных звёзд, выполняемых с помощью автоматических фотометрических телескопов. Кроме этого, проводятся длительные наблюдения за карликами G-типа в звездном скоплении М67.

Помимо наземных работ, наблюдения за звёздами, подобными Солнцу, осуществляются из космоса. Начало им было положено спутниками «Нимбус-7», запущенным в 1978 г., и «Solar Maximum Mission», непрерывно передававшим на Землю данные о звездах. Со временем им на смену пришли другие спутники и космические аппараты. Космический корабль «Sогсе», запущенный 25 января 2003 г., проводит высокоточные измерения солнечного излучения, в том числе в рентгеновском, ультрафиолетовом, видимом и ближнем инфракрасном диапазоне. Данные, полученные кораблем «Sorce», играют чрезвычайно важную роль для объяснения и прогнозирования воздействия солнечного излучения на атмосферу и климат Земли.

>>>Читайте дальше: Солнечный спектр.

ВведениеПоложение в галактикеПоложение среди звёздНаука о СолнцеВнутреннее строениеФотосфера, хромосфераПоверхность, корона, пятнаУстройство пятен, гранулы, факелыСпикулы, флоккулы, протуберанцы; солнечная активностьСпектрАтомная энергия звездАртур Эддингтон и источник энергии звездГеоргий Гамов и его туннельный эффектУглеродный цикл Протон-протонная цепочка. Возникновение более тяжелых элементовСолнечное нейтрино. Нейтринная астрономия [1 2]Будущее Солнца

 
 
Главная В закладки Контакты Новости О проекте Планы сайта

open
© KV


 


 

Вид солнца в рентгеновских лучах:

Солнце в рентгеновских лучах

Закрыть урок