Автореферат (Реконструкция солнечной активности по данным оцифровки длительных рядов наблюдений)

На правах рукописиТлатова Ксения АндреевнаРЕКОНСТРУКЦИЯ СОЛНЕЧНОЙ АКТИВНОСТИПО ДАННЫМ ОЦИФРОВКИ ДЛИТЕЛЬНЫХРЯДОВ НАБЛЮДЕНИЙ01.03.02 — астрофизика и звездная астрономияАвторефератдиссертации на соискание учёной степеникандидата физико-математических наукСанкт-Петербург — 2018Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном университете.Научный руководитель:кандидат физико-математических наук,доцент Нагнибеда Валерий ГеоргиевичОфициальные оппоненты:Мордвинов Александр Вениаминович,докторфизико-математическихнаук,Институт солнечно-земной физики СОРАН, заведующий лабораторией солнечнойактивности,Riehokainen Alexandr, PhD (astronomy andsolar physics), University of Turku (Finland),Department of Physics and Astronomy,university researcherВедущая организация:Федеральное государственное бюджетноеучреждение науки Институт земногомагнетизма, ионосферы и распространениярадиоволн им. Н.В.

Пушкова РАНЗащита состоится “29” мая 2018 г. в 15 ч. 30 мин. на заседании диссертационного советаД 212.232.15 при Санкт-Петербургском государственном университете по адресу: 198504,г. Санкт-Петербург, Старый Петергоф, Университетский пр., 28., ауд. 405 (Математикомеханический факультет).С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке им. М. Горького СанктПетербургского государственного университета по адресу: 199034, Санкт-Петербург,Университетская наб., 7/9 и на сайте:https://disser.spbu.ru/disser/soiskatelyu-uchjonoj-stepeni/dis-list/details/14/1621.htmlАвтореферат разослан “____ ”_______________ 2018 г.Учёный секретарь диссертационного совета,кандидат физико-математических наукМиланова Ю. В.Диссертация посвящена восстановлению информации осолнечной активности по результатам оцифровки историческихархивных наблюдательных данных за длительный период, изучениюи анализу свойств активности по полученным данным.АктуальностьВопросы о причинах долговременных вариаций солнечнойактивности, достоверности имеющихся рядов наблюдений,теоретические модели, описывающие переменность солнечнойактивности на длительных масштабах времени, являются наиболееактуальными в современной солнечной физике.

Поскольку циклактивности имеет масштаб около десяти лет, его понимание требуетдолгосрочных наблюдений на масштабе времени порядка сотен лет.Долговременныесиноптические наблюдения Солнца даютвозможность узнать закономерности, которые достаточно отчетливопроявляются лишь на больших временных масштабах. Текущиесобытия на Солнце могут быть достоверно оценены и осознаны, еслиих можно сравнить с данными предыдущих наблюдений. Поэтомусиноптические наблюдения являются источниками данных длябудущих исследований.На сегодняшний день существует два основных типадолгосрочных рядов астрономических данных: табличные базыданных и фотографические архивы.

В этой работе использовалисьданные фотографических архивов или зарисовок различныхэлементов солнечной активности, поскольку они имеют рядпреимуществ в сравнении с табличными архивами.Несмотря на то, что долгосрочные табличные базы данныхсоставлялись в течение довольно длительного периода времени,например, индексы солнечных пятен (числа Вольфа, числа групп),площади групп солнечных пятен, положения солнечных волокон идругие, все эти ряды не являются однородными и имеютограниченный набор характеристик.3Фотографические архивы и зарисовки, в свою очередь, могутнести больше информации, в отличие от табличных данных.

Индексыактивности, полученные по данным фотографических архивов, могутбыть верифицированы или пересчитаны, по новым методикам. Спомощью фотоархивов можно просматривать и извлекать форму,интенсивность, площадь, длину, положение и другие параметрыэлементов солнечной активности, которых нет в табличных базах.Эту информацию можно использовать для анализа и изученияэлементов солнечной активности, как пространственных объектов.Одной из актуальных задач является реконструкцияраспределения магнитных полей Солнца до начала регулярныхмагнитографических наблюдений. Для реконструкции интенсивностимагнитного поля на всей поверхности Солнца должныиспользоваться данные различных видов наблюдений, такие какизмерения магнитных полей солнечных пятен, наблюдения яркихобластей в линии CaIIK.

Для определения полярности магнитногополя можно использовать данные о положении солнечных волокон ипротуберанцев. Солнечные волокна расположены на линиях сменызнака крупномасштабного магнитного поля [1, 3]. Информация об ихположении позволяет восстановить конфигурацию полярностикрупномасштабного магнитного поля за длительный интервалвремени [3,4]. Комплексный подход, основанный на созданиисводных карт солнечной активности, позволяет реконструироватьраспределение магнитных полей Солнца за длительный период и, наих основе, восстановить параметры солнечного ветра и гелиосферы.Таким образом, задача изучения долговременных вариацийсолнечной активности и солнечного магнетизма приводит кнеобходимости обработки большого объема наблюдательных данных,представленных на всех солнечных широтах.4Цель и задачи работыЦелью диссертационной работы является создание баз данныхпространственных и фотометрических свойств элементов солнечнойактивности по данным ежедневных наблюдений за период около 100лет.

Создание новых индексов солнечной активности, на основеполученных данных и их анализ.Для достижения поставленной цели, в работе выполняютсяследующие задачи: Оцифровка отсканированных ежедневных зарисовок магнитныхполей солнечных пятен обсерватории Маунт Вилсон за период1917-2016 гг. Создание каталога характеристик ядер пятен ипор, включающего в себя гелиографические координаты,площадь, напряженность магнитного поля и другие параметры. Выделение волокон на ежедневных изображениях Солнца влинии Н-альфа, полученных в обсерватории Кодайканал запериод 1915-2002 гг.

и создание каталога их характеристик. Создание каталога солнечных протуберанцев по даннымзарисовок ежедневных визуальных наблюдений сети солнечныхспектроскопов 1922-1934 гг. Выделение протуберанцев на фотопластинках обсерваторииКодайканал в линии CaIIK за период 1910-1954 гг. Изучение свойств солнечных пятен и магнитных биполей поданным оцифровки наблюдений магнитных полей пятен запериод 15-24 циклы активности. Сравнительный анализ свойств солнечных волокон ипротуберанцев за период около 100 лет. Создание сводных ежедневных и синоптических карт солнечнойактивности.5Научная новизна работы Созданы уникальные базы данных характеристик различныхэлементов солнечной активности: ядер солнечных пятен,волокон и протуберанцев, охватывающие период около 100 лет.В том числе выполнена оцифровка магнитных полей солнечныхпятен по данным обсерватории Маунт Вилсон за период 19172016 гг.; солнечных протуберанцев по данным визуальныхнаблюдений за период 1922-1934 гг.

(16-й цикл активности);протуберанцев на ежедневных наблюдениях в линии CaIIKобсерватории Кодайканал за период 1910-1954 гг.; солнечныхволокон на изображениях в линии H-альфа обсерваторииКодайканал за период 1912–2002 гг. Выполнен раздельный анализ ядер ведущей и хвостовойполярности за период 1917-2016 гг. Выявлено, что средниенапряженности магнитного поля хвостового ядра примерно на15-18% меньше, чем ведущего ядра. Установлена связь междуплощадью и магнитным полем отдельно для ядер ведущей ихвостовой полярности. Зависимость между напряженностьюмагнитного поля и логарифмом площади для ядер ведущейполярности имеет более крутой наклон и более высокийкоэффициент корреляции, чем для ядер хвостовой полярности. По данным магнитометрических измерений в ядрах пятенведущей и хвостовой полярности обнаружено существованиедвух видов (популяций) солнечных ядер с различнымхарактерным магнитным полем.

Разделение между нимипроисходит на значениях напряженности магнитного поля 10001500 Гс. Наличие двух видов (популяций) может быть связано сразличием свойств пор (более слабых полей) и ядер солнечныхпятен (более сильных полей). Рассмотрены свойства магнитных биполей по даннымнаблюдений магнитных полей пятен в 15-24 циклах активности.Установлено, что зависимость углов наклона магнитной оси6биполей к экватору («тильт-угол») от широты меняется немонотонно, а имеет максимум на широтах около ~30o.Обнаружено, различие в зависимости угла наклона биполей отшироты для четных и нечетных циклов. Показано, что нечетныециклы имеют положительное смещение тильт-углов вблизиэкватора (как в северном полушарии), тогда как для четныхциклов смещение отрицательно.Показано, что в распределении числа биполей в зависимости отдлины магнитной оси l существует вторичный максимум длядлин l~85 Мм.

Возможно, это связано с влияниемсупергрануляции на расположение ядер в биполярных группах.Распределение протуберанцев с высотой в целом описываетсялогнормальным распределением с максимумом вблизи 15-20Мм. Вместе с тем существует второй локальный максимум враспределении на высотах около 50-65 Мм. Эта величина близкав удвоенному размеру солнечных супергранул.Выполнен сравнительный анализ солнечных волокон в циклах15-23. Для цикла 19, в котором наблюдалась наибольшаясолнечная активность, относительное число волокон вблизиэкватора оказалось наименьшим.

Для менее активных цикловотносительное число волокон на разных широтах имеет болееравномерное распределение.Научная и практическая значимость работыЦенность результатов диссертации складывается из несколькихфакторов.Во-первых, были созданы каталоги характеристик и базыданных форм различных элементов солнечной активности, таких какядра солнечных пятен, волокон и протуберанцев.Во-вторых, получены новые данные о долговременныхвариациях солнечной активности, включающие измененияхарактеристик ядер солнечных пятен, ведущей и хвостовой7полярности, солнечных биполей, протуберанцев и волокон набольших интервалах времени.В-третьих, данные оцифровки долговременных наблюдений ипрежде всего информация о форме объектов, представленная в видеконтуров, может быть использована для реконструкции ежедневныхи синоптических сводных карт солнечной активности.Новые данные будут востребованы для реконструкциираспределения магнитных полей Солнца за длительный период.