Автореферат (Пространственно-временные закономерности солнечной цикличности)

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТНа правах рукописиУДК 523.982Золотова Надежда ВалерьевнаПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИСОЛНЕЧНОЙ ЦИКЛИЧНОСТИСпециальность 01.03.03 —«Физика Солнца»Авторефератдиссертации на соискание учёной степенидоктора физико-математических наукСанкт-Петербург — 2016Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном университетеНаучный консультант:кандидат физ.-мат. наук, доцентПонявин Дмитрий ИвановичОфициальные оппоненты: Веселовский Игорь Станиславович,доктор физико-математических наук, профессор,НИИ ядерной физики им.

Д.В. Скобельцына Московского государственного университетаим. М.В. Ломоносова,главный научный сотрудникДергачев Валентин Андреевич,доктор физико-математических наук, профессор,Физико-технический институт им. А.Ф. ИоффеРАН,заведующий лабораторией космических лучейМордвинов Александр Вениаминович,доктор физико-математических наук,Институт солнечно-земной физики Сибирскогоотделения РАН,заведующий лабораторией солнечной активностиВедущая организация:Учреждение Российской академии наук Институтземного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им.

Н.В. ПушковаЗащита состоится DD mmmmmmmm 2016 г. в XX часов на заседании диссертационного совета Д 212.232.35 на базе Санкт-Петербургского государственного университета по адресу: АДРЕС.С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке СПбГУ.Автореферат разослан DD mmmmmmmm 2016 года.Ученый секретарьдиссертационного советаД 212.232.35, канд. физ.-мат. наукКубышкина Марина ВалерьевнаОбщая характеристика работыДиссертация направлена на решение задачи о пространственновременно́й организации и асимметрии солнечного цикла на низких и высоких широтах, а именно, являются ли прекращение и асимметричное возобновление солнечной активности, и связанные с ними особенности генерациимагнитных полей звезды в полушариях, реальными физическими явлениями.Актуальность темыИсследование магнитных полей Солнца является одной из важнейшихзадач астрофизики. Структура и динамика магнитных полей Солнца выступают источником большинства процессов в солнечной короне, используются для анализа межпланетного магнитного поля, моделирования солнечноговетра, предсказаний космической погоды.

В целом, процессы на Солнце можно назвать граничными условиями в исследовании межпланетного пространства и солнечно-земных связей.Магнитные поля на на Солнце традиционно принято разделять на двакласса: слабые крупномасштабные поля, в частности, полярное магнитноеполе, и сильные локализованные поля, поля активных областей. По даннымВилкокской обсерватории Стэнфордского университета смена знака полярного поля Солнца в южном полушарии произошла в мае 2013-го г.

Уже сейчасзначения поля на юге близки к максимальной величине за предыдущий полярный цикл с 2000 по 2013-й г. Поле же в северном полушарии испытываетнебольшие вариации возле нулевого значения. Магнитограммы Кисловодскойгорной астрономической станции ГАО РАН по состоянию на октябрь 2015го г. свидетельствуют о присутствии значительного числа областей старойполярности в северном полушарии. Иными словами, переполюсовка запаздывает и налицо сильная асимметрия.Анализ косвенных данных о крупномасштабном магнитном поле и амплитуде солнечных циклов показывает, что магнитное поле на полюсах вминимуме активности является прогнозирующим фактором (предиктором)амплитуды следующего солнечного цикла. Неизбежно рождается ряд вопросов: (i) не приведет ли наблюдаемая асимметрия полярного поля к повторению минимума Маундера (ММ), когда активно было лишь одно полушарие, иявляется ли прекращение и асимметричное возобновление пятнообразованиязвезды реально установленным фактом? (ii) как крупномасштабное поле свя3зано с предыдущим циклом активности? (iii) подчиняется ли асимметричноеповедение магнитных полей в полушариях Солнца каким-либо закономерностям?Очевидно, что любое исследование должно основываться на достоверных экспериментальных данных.

Ревизия индексов пятнообразования выявила неоднократное нарушение однородности временны́х рядов. В настоящеевремя ведется активная работа по повторной калибровке наблюдательныхданных. Новая (вторая) версия официальных индексов числа пятен и числагрупп пятен не обнаруживает ни гранд-максимума, ни остановку пятнообразования в XVII веке. Таким образом, вопрос о том, как вела себя солнечнаяактивность в прошлом, в частности в течение минимума Маундера, остаетсяоткрытым.

Ответ на него актуален не только для физики Солнца, но и в целом для астрофизики, поскольку является прецедентом перехода магнитоактивной звезды в “спящее” состояние с другим режимом генерации магнитныхполей.Несмотря на то, что за многие годы развития астрофизики и особенно в современную эпоху, когда накоплен огромный банк высокоточных измерений солнечной активности по спутниковым и наземным наблюдениям,разработаны сложные модели динамо-процессов, предположительно играющих ведущую роль в генерации магнитного поля звезды, описание солнечнойактивности не является полным, а ее предсказание и вовсе редко венчается успехом.

В частности, разброс в предсказании амплитуды 24-го цикла вработах разных авторов огромен. По всей видимости, сейчас мы вступаем вэпоху пониженной солнечной активности, так называемый вековой минимум,природа которого также пока неизвестна.Результаты диссертационной работы являются новым шагом в изучении явления асимметрии солнечных процессов, важны для понимания природы и механизмов генерации магнитных полей звезды, полезны для выясненияпричин появления в истории Солнца длительных минимумов активности идля предсказания солнечной активности в целом.

Результаты работы включены в образовательный курс кафедры физики Земли Санкт-Петербургскогогосударственного университета.Целью данной работы является установление причин, влияющих навариации магнитных полей Солнца на высоких широтах, и ответ на вопрос4являются ли прекращение и асимметричное возобновление солнечной активности, и связанные с ними особенности генерации магнитных полей звезды вполушариях, реальными физическими явлениями.Руководствуясь данной целью проведено детальное изучение исторических архивов и современных данных о наблюдении пятен на Солнце и анализ пространственно-временны́х закономерностей солнечного цикла на низких и высоких широтах, начиная с 1610-го года и охватывая минимум Маундера, Дальтона, Гляйсберга и текущий период пониженной солнечной активности.Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:1. Провести исследование фазовой асимметрии пятнообразованиямежду северным и южным полушариями по данным наблюденийКэррингтона, Шпёрера, Штаудахера, Гамильтона, Гимингама игринвичского каталога;2.

Исследовать поведение солнечной активности в преддверии вековых минимумов, в частности, в преддверии минимума Дальтона;3. Исследовать пространственно-временны́е соотношения между импульсами пятнообразования и вариациями полярного магнитногополя;4. Провести анализ циклов пятнообразования и полярных циклов покосвенным данным на длительном (вековом) интервале времени;5. Исследовать поведение солнечной активности по данным базы числа групп солнечных пятен Хойта и Шаттена и историческим архивам о наблюдении Солнца XVII–XVIII веков.Основные положения, выносимые на защиту:1. Предложена мера для оценки фазового рассогласования пятнообразования в полушариях Солнца на каждом шаге по времени.

Чередование лидирования между северным и южным полушариями подчиняется вековому ходу и находится в противофазе с колебаниямимагнитного экватора, определяемого по широтному распределениюпятен.2. Существование длинного цикла активности в преддверии минимума Дальтона. Схожесть тонкой структуры циклов 23 и 4 в преддве5рии вековых минимумов. Причиной появления пятен на высокихширотах на фазе спада 4-го цикла активности является импульспятнообразования.3. Модель широтно-временной эволюции для плотностей распределения нескомпенсированного магнитного потока от импульсов пятнообразования.

Причиной ослабления полярного магнитного поля вминимуме циклов 23/24 являются слабые импульсы пятнообразования в цикле 23. Чередование серджей старой и новой полярности к полюсам есть результат широтного распределения импульсовпятнообразования, но не вариаций скорости меридиональной циркуляции.4. Связь напряжённости полярного магнитного поля Солнца с предыдущим циклом пятнообразования. Чем слабее/сильнее цикл пятнообразования, тем слабее/сильнее полярное поле, создаваемое в ходеданного цикла пятенной активности. Амплитудные соотношения вчётно–нечётных и нечётно–чётных парах циклов пятнообразованиясохраняются и для полярных циклов.5. Сценарий поведения солнечной активности с 1610 по 1720-й г., согласно которому минимум Маундера является вековым минимумомс непрекращавшейся 11-летней цикличностью.Научная новизна:Все защищаемые положения являются оригинальными.

Результаты,положенные в их основу, получены впервые.1. Впервые использована идея синхронизации для описания североюжной асимметрии пятнообразования. Впервые для анализа асимметрии солнечной цикличности привлечены методики кроссрекуррентного и кросс-вейвлетного анализа.2. Для доказательства сохранения цюрихской нумерации солнечныхциклов впервые использовано широтно-временно́е распределениепятен по данным наблюдений Штаудахера, Гамильтона и Гимингама.3. Предложена оригинальная расчётная схема для оценки мощностисёрджей от импульсов пятнообразования к полюсам Солнца.64.