Отзыв официального оппонента (Реконструкция солнечной активности по данным оцифровки длительных рядов наблюдений)

ОТЗЫВофициального оппонента о диссертационной работе Ксении Андреевны Тлатовой«Реконструкция солнечной активности по данным оцифровки длительных рядовнаблюдений», представленной на соискание ученой степени кандидатафизико-математических наук по специальности01.03.02 — астрофизика и звездная астрономияНаблюдения звезд в разных спектральных диапазонах это экспериментальнаяоснова астрофизики и звездной астрономии. Наблюдения Солнца дают уникальнуювозможность детально исследовать процессы в его атмосфере. Знание закономерностейсолнечной активности оказалось полезным для понимания природы звезд солнечноготипа.Изучение пространственно-временной организации солнечной активности требуетобработки большого объема наблюдательных данных, такой подход теперь называютанализ больших данных.

Нередко бывает так, что ценные научные данные хранятся ввидефотопластинок,диаграммныхлент,идругойнеудобочитаемойформе.Диссертационная работа К.А.Тлатовой посвящена разработке методов оцифровки архивовнаблюдений солнечной активности, созданию баз данных различных проявленийсолнечной активности. Одним из результатов этой работы является созданием новых базданных о солнечной активности за период времени около 100 лет.Эти данные представляют эмпирическую базу для изучения долговременныхизменений активности Солнца, для развития теоретических представлений о природесолнечного магнетизма.

Таким образом, тема настоящей диссертационной работыактуальна и соответствует перечнюприоритетныхнаправленийфундаментальныхисследований РАН.Диссертация состоит из введения, 5-и глав, заключения, списка использованнойлитературы (171 наименование) и одного приложения. Ее объем составляет 166 страниц,включая приложения, список литературы, 74 рисунков и 8 таблиц.Во введении сформулированы цели и задачи работы, обоснована их актуальность.Перечислены положения, выносимые на защиту, их научная и практическая значимость.Все необходимые характеристики работы имеются и соответствуют автореферату.В главе 1 дан обзор программ регулярных наблюдений солнечной активности,выполняемых в ГАС ГАО РАН и других обсерваториях мира.

Дано краткое описаниенаблюдательных инструментов и методики наблюдений.1В главе 2 описаны методы измерений магнитных полей пятен в обсерваторииМаунт Вилсон. Анализ этих данных показал, что за прошедшие сто лет системаизмеренийменялась.Этиизменениянеобходимоучитыватьприизучениидолговременных изменений магнитной активности Солнца.

Выполнен сравнительныйанализ биполярных групп пятен. Анализ обширного наблюдательного материала показал,что средние напряженности магнитного поля хвостового ядра примерно на 15-18%меньше, чем ведущего ядра.Обнаружено существование двух популяций солнечных ядер с различающимися поинтенсивности магнитного поля. Распределение числа ядер в зависимости отнапряженности магнитного поля имеет бимодальный характер, что указывает насуществование пор и ядер солнечных пятен.На основе оцифровки 20 тысяч зарисовок было выделено свыше 5 тысячмагнитных биполей. Изучены их свойства в зависимости от широты и длины магнитнойоси.

Установлено, что зависимость углов наклона биполей от широты меняется немонотонно, а имеет максимум на широтах около 30°. Эта тенденция прослеживаетсяпрактически для всех рассмотренных циклов активности 15-24.Обнаружено различие улов наклона осей групп пятен для четных и нечетныхциклов. Показано, что нечетные циклы имеют положительное смещение углов наклонавблизи экватора (как в северном полушарии), тогда как для четных циклов смещениеуглов наклона отрицательно (как в южном полушарии). Следует отметить, что выполненабольшая работа по сбору данных, переводу их в цифровую форму. Результаты анализаоснованы на большой статистике и значит достоверны.

Дана физическая интерпретацияэволюции магнитных биполей в 15-24 циклах активности. Характеристики магнитныхбиполей представлены в виде базы данных, это относится к первому защищаемомуположению диссертационной работы. Второе и третье защищаемые положения относятсяк результатам анализа магнитных полей солнечных пятен в циклах активности.В главе 3 описана методика оцифровки солнечных протуберанцев по данныммеждународной наблюдательной сети визуальных солнечных спектроскопов в период1922-1934 гг (16-й цикл активности). Выделено более 51 тысяч протуберанцев, изучены ихсвойства. Анализ обширного наблюдательного материала показал, что на низких широтахпреобладают протуберанцы активных областей, на высоких широтах спокойныепротуберанцы.Установлено, что вероятность появления протуберанцев в зависимости от ихвысоты описывается логнормальным распределением с максимумом вблизи 15-20 Мм.Кроме того, в распределении существует еще один максимум на высотах около 50-65 Мм.2Эта величина близка к удвоенному размеру ячеек супергрануляции.

Предложенафизическая интерпретация этого факта. В этом состоит четвертое защищаемое положение.По наблюдениям обсерватории Кодайканал в линии CaIIK (1910-1954 гг) выделеноболее 90 тысяч протуберанцев. Сделаны оценки скорости дрейфа протуберанцевполярного венца для 13-24-х циклов солнечной активности. Величины скоростей дрейфасоответствуют составляют в средней 10-15 м/с.

Этот результат имеет важное значениепоскольку сделаны оценки скорости меридиональных течений за период когда прямыхизмерений лучевых скоростей не было.Использование протуберанцев как позволило исследовать высокоширотный дрейфи последующее исчезновение протуберанцев полярного венца. Эти процессы происходят впериод обращения полярных магнитных полей. Это тоже важный результат, которыйпозволил проследить как проходили переполюсовки по косвенным данным. Былоустановлено, что нередко смена доминирующих полярностей происходила асинхронно вразных полушариях.В главе 4 описаны методы наблюдений солнечных волокон и их свойства. Запериод 1912–2002 гг.

было выделено более 326 тысяч волокон. При этом создан наборпрограмм, с помощью которых хромосферные волокна выделяются по фильтрограммам влинииН-альфа.ЭтаработавыполняетсярегулярновКисловодскойГорнойастрономической станции 1957 г. Данные о площадях, суммарной длине волокон и ихнаклонах характеризуют эволюцию крупномасштабных магнитных полей за большойпериод времени.В главе 5рассматривается создание сводных карт солнечной активности спривлечением всех рассмотренных данных. Даны примеры ежедневных карт, на которыхпредставлены различные проявления солнечной активности. На ежедневных сводныхкартах представлены солнечные пятна и магнитные поля в активных областях,протуберанцы и волокна, флоккулы в линии CaIIK и солнечная корона. Такие карты даютполное представление о состоянии активности на текущий день и важны для целейоперативного прогноза.При анализе различных проявлений солнечной активности полезным оказываетсяих представление в виде синоптических карт.

Синоптические карты охватывают всюповерхность Солнца и наглядно иллюстрируют распределение долгоживущих структур.Это универсальный формат, который позволяет сравнивать разные виды наблюдений,изучать закономерности пространственно-временной организации солнечной активностив 11-летнем цикле и на больших масштабах времени.3Такая работа ведется в рамках международного проекта, в котором участвует К.А.Тлатова. Результаты работы уже частично представлены для научного сообщества в сетиИнтернет.В заключении сформулированы основные результаты и выводы диссертационнойработы.

Сформулированы основные закономерности циклических и долговременныхизменений солнечной активности. Перечислены перспективные задачи и направленияисследований. Ряд таких задач входит в крупный международный проект, в которомучаствует автор настоящей диссертации.В настоящей диссертации представлены результаты большой работы по сборунаблюдательных данных, переводу их в цифровую форму, созданию каталогов, базданных и интернет ресурсов.

Результаты диссертации представлены как совокупностьнаблюдательных фактов. Важно также понять взаимосвязь этих фактов. Большинствоотмеченных закономерностей можно понять на основе концепции Бэбкока-Лейтона сучетом современных представлений о поверхностном переносе магнитного потока (PetrieJ.D.G., “Solar Magnetism in the Polar Regions”, Living Rev.

Solar Phys., 12, 5, 2015). На мойвзгляд, эти представления позволяют понять причинно-следственные связи междуразличными проявлениями солнечной активности.Например,втаблице3.1(стр.119)даныоценкискоростидрейфавысокоширотных протуберанцев около 10-15 м/с. Сам по себе это важный результат,важно также правильно понимать с какими процессами связаны эти дрейфы. Измерениялучевых скоростей показали, что в поверхностных слоях Солнца существуютмеридиональные течения (Hathaway D.H., Rightmire L. 2010, Science 327, 1350), которыепереносят слабые магнитные поля к полюсам. Протуберанцы, расположенные пограницам раздела полярностей, переносятся в высокие широты.

Меридиональные теченияпостоянно присутствуют на Солнце, но почему-то в диссертации нет упоминания об этомключевом звене, которое связывает низкоширотную активность с высокоширотной.Важную роль в этом процессе играют также наклоны активных областей.Имеется также замечания методического характера. Следует понимать, чтореконструкцииданныхосолнечнойактивностихарактеризуютсябольшимипогрешностями.

При этом зачастую они подчиняются сложным законам распределения,которые отличаются от нормального. Для анализа таких данных следует использоватьробастные алгоритмы, устойчивые по отношению к большим погрешностям. При оценкерегрессий и аппроксимации полученных зависимостей не следует применять принципнаименьших квадратов (Хьюбер П. Робастность в статистике М.: Мир, 1984). Советую4.