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

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТНа правах рукописиТлатова Ксения АндреевнаРЕКОНСТРУКЦИЯ СОЛНЕЧНОЙ АКТИВНОСТИ ПОДАННЫМ ОЦИФРОВКИ ДЛИТЕЛЬНЫХ РЯДОВНАБЛЮДЕНИЙ01.03.02 – астрофизика и звездная астрономияДиссертация на соискание учёной степеникандидата физико-математических наукНаучный руководителькандидат физико-математических наукВ. Г. НагнибедаСанкт-Петербург — 20182ОглавлениеВведение .......................................................................................................................... 51.Глава 1.

Долговременные наблюдательные программы исследованиясолнечной активности ................................................................................................ 201.1. Введение ........................................................................................................ 201.2. Индексы солнечной активности на фотосфере в белом свете............

221.3. Наблюдения магнитных полей солнечных пятен ................................ 261.4. Индексы активности, полученные из наблюдений хромосферыСолнца ..................................................................................................................... 301.4.1.Визуальные наблюдения протуберанцев .........................................

301.4.2.Фотографические наблюдения протуберанцев ............................... 341.5. Долговременные наблюдения полного диска Солнца в линии CaIIK ..........................................................................................................................

391.6. Долговременные наблюдения полного диска Солнца в линии Halpha ........................................................................................................................ 431.7. Методы выделения структур на изображениях историческихархивов .................................................................................................................... 451.8. Выводы .......................................................................................................... 472.Глава 2. Обработка наблюдений магнитных полей солнечных пятен .........

482.1. Введение ........................................................................................................ 482.2. Оцифровка данных измерений магнитных полей обсерваторииМаунт Вилсон......................................................................................................... 522.2.1. Обработка зарисовок магнитных полей пятен ..................................... 522.2.2. Долговременные изменения в наборе данных ...................................... 5732.3. Свойства ядер ведущей и хвостовой полярности ................................. 622.3.1. Размер пятен ведущей и хвостовой полярности ...................................

622.3.2. Магнитные поля ядер ведущей и хвостовой полярности ................... 652.3.3. Связь площади и интенсивности магнитного поля для солнечныхпятен ведущей и хвостовой полярности ........................................................... 682.4. Свойства магнитных биполей .................................................................. 712.4.1. Наблюдательные характеристики магнитных биполей .....................

712.4.2. Метод выделения биполей и их свойства ............................................... 722.4.3. Зависимость углов наклона биполей от широты ................................. 762.4.4. Широтные распределения углов наклона для четных и нечетныхциклов...................................................................................................................... 792.4.5. Интерпретация полученных результатов .............................................. 822.4.6. Влияние солнечной супергрануляции на свойства биполей ..............

872.5. Выводы .......................................................................................................... 903.Глава 3. Оцифровка наблюдений солнечных протуберанцев ........................ 943.1. Оцифровка протуберанцев сети наблюдений спектроскопов ........... 943.2. Выделение протуберанцев на диске Солнца по синоптическимнаблюдениям в линии CaIIK ............................................................................ 1023.3.

Характеристики высокоширотного дрейфа солнечныхпротуберанцев в 13-24-х циклах солнечной активности ............................ 1093.3.1.Обзор исследований широтного дрейфа протуберанцев ............ 1093.3.2.Переполюсовка полярного магнитного поля Солнца ................. 1123.3.3.Данные для анализа ............................................................................ 1143.4. Выводы ........................................................................................................ 12244.Глава 4. Оцифровка солнечных волокон на изображениях полного дискаСолнца .........................................................................................................................

1244.1. Методы наблюдения и свойства солнечных волокон ........................ 1244.2. Методика оцифровки солнечных волокон........................................... 1284.3. Анализ свойств солнечных волокон ...................................................... 1314.4. Выводы ........................................................................................................ 1365.Глава 5. Создание сводных карт солнечной активности ............................... 1385.1.

Введение ...................................................................................................... 1385.2. Реконструкция ежедневных карт активности .................................... 1425.3. Реконструкция синоптических карт ..................................................... 1435.4. Публикация данных оцифровки в Интернет ...................................... 1455.5. Выводы ........................................................................................................

146Литература.................................................................................................................. 149Приложение ................................................................................................................ 1665ВведениеДиссертацияпосвященавосстановлениюинформацииосолнечнойактивности по результатам оцифровки исторических архивных наблюдательныхданных за длительный период, изучению и анализу свойств активности пополученным данным.АктуальностьВопросы о причинах долговременных вариаций солнечной активности,достоверностиимеющихсярядовнаблюдений,теоретическиемодели,описывающие переменность солнечной активности на длительных масштабахвремени, являются наиболее актуальными в современной солнечной физике.Поскольку цикл активности имеет масштаб около десяти лет, его пониманиетребует долгосрочных наблюдений на масштабе времени порядка сотен лет.Долговременные синоптические наблюдения Солнца дают возможность узнатьзакономерности, которые достаточно отчетливо проявляются лишь на большихвременных масштабах.

Текущие события на Солнце могут быть достовернооценены и осознаны, если их можно сравнить с данными предыдущихнаблюдений. Поэтому синоптические наблюдения являются источниками данныхдля будущих исследований.На сегодняшний день существует два основных типа долгосрочных рядовастрономических данных: табличные базы данных и фотоархивы. В этой работеиспользовались данные фотографических архивов или зарисовок различныхэлементов солнечной активности, поскольку они имеют ряд преимуществ всравнении с табличными архивами.Несмотря на то, что долгосрочные табличные базы данных составлялись втечение довольно длительного периода времени, например, индексы солнечных6пятен (числа Вольфа, число групп), площади групп солнечных пятен, положениясолнечных волокон и другие, все эти ряды не являются однородными и имеютограниченный набор характеристик.Фотографические архивы и зарисовки, в свою очередь, могут нести большеинформации, в отличие от табличных данных.

Индексы активности, полученныепо данным фотографических архивов, могут быть верифицированы илипересчитаны,поновымметодикам.Спомощьюфотоархивовможнопросматривать и извлекать форму, интенсивность, площадь, длину, положение идругие параметры элементов солнечной активности, которых нет в табличныхбазах данных. Эту информацию можно использовать для анализа и изученияэлементов солнечной активности, как пространственных объектов.Одной из актуальных задач является реконструкция распределениямагнитныхполейСолнцадоначаларегулярныхмагнитографическихнаблюдений.

Для реконструкции интенсивности магнитного поля на всейповерхностиСолнцанаблюдений,такиедолжныкакиспользоватьсяизмерениямагнитныхданныеразличныхвидовполейсолнечныхпятен,наблюдения ярких областей в линии CaIIK. Для определения полярностимагнитного поля можно использовать данные о положении солнечных волокон ипротуберанцев. Солнечные волокна расположены на линиях смены знакакрупномасштабного магнитного поля. Информация об их положении позволяетвосстановить конфигурацию полярности крупномасштабного магнитного поля задлительный интервал времени. Комплексный подход, основанный на созданиисводных карт солнечной активности, позволяет реконструировать распределениемагнитных полей Солнца за длительный период и, на их основе, восстановитьпараметры солнечного ветра и гелиосферы.Таким образом, задача изучения долговременных вариаций солнечнойактивности и солнечного магнетизма приводит к необходимости обработкибольшого объема наблюдательных данных, представленных на всех солнечныхширотах.7Цель и задачи работыЦельюдиссертационнойработыявляетсясозданиебазданныхпространственных и фотометрических свойств элементов солнечной активностипо данным ежедневных наблюдений за период около 100 лет.

Создание новыхиндексов солнечной активности, на основе полученных данных и их анализ.Для достижения поставленной цели, в работе выполняются следующиезадачи: Оцифровка отсканированных ежедневных зарисовок магнитных полейсолнечных пятен обсерватории Маунт Вилсон за период 1917-2016 гг.Создание каталога характеристик ядер пятен и пор, включающего в себягелиографические координаты, площадь, напряженность магнитного поля идругие параметры. Выделение волокон на ежедневных изображениях Солнца в линии Н-альфа,полученных в обсерватории Кодайканал за период 1915-2002 гг. и созданиекаталога их характеристик. Создание каталога солнечных протуберанцев по данным зарисовокежедневных визуальных наблюдений сети солнечных спектроскопов 19221934 гг. Выделение протуберанцев на фотопластинках обсерватории Кодайканал влинии CaIIK за период 1910-1954 гг. Изучение свойств солнечных пятен и магнитных биполей по даннымоцифровки наблюдений магнитных полей пятен за период 15-24 циклыактивности. Сравнительный анализ свойств солнечных волокон и протуберанцев запериод около 100 лет. Созданиеактивности.сводныхежедневныхисиноптическихкартсолнечной8Научная новизна работы Созданы уникальные базы данных характеристик различных элементовсолнечной активности: ядер солнечных пятен, волокон и протуберанцев,охватывающие период около 100 лет.

В том числе выполнена оцифровкамагнитных полей солнечных пятен по данным обсерватории Маунт Вилсон. впериод 1917-2016 гг.; солнечных протуберанцев по данным визуальныхнаблюдений за период 1922-1934 гг. (16-й цикл активности); протуберанцев наежедневных наблюдениях в линии CaIIK обсерватории Кодайканал в период1910-1954 гг.; солнечных волокон на изображениях в линии H-альфаобсерватории Кодайканал в период 1912–2002 гг. Выполнен раздельный анализ ядер солнечных пятен ведущей и хвостовойполярности за период 1917-2016 гг. Выявлено, что средние напряженностимагнитного поля хвостового ядра примерно на 15-18% меньше, чемведущего ядра. Установлена связь между площадью и магнитным полемотдельно для ядер ведущей и хвостовой полярности.