Диссертация (1145317), страница 11
Текст из файла (страница 11)
Черными стрелками указанымоменты переполюсовки магнитного поля Солнца [177].61согласования дифференциального вращения полушарий [149]. Однако остаетсянерешенным вопрос — через что идет подстройка, что выступает в качествесвязующей силы?Недавно, в статье [177] была рассмотрена асимметрия времен переполюсовок магнитного поля Солнца в полушариях. Оказалось, что по данным обсерватории Маунт-Вилсон [68;69], смена знака полярного поля в северном полушарии происходит раньше, чем в южном (рис. 1.13, времена переполюсовки указаны черными стрелками). Величина запаздывания составляет год–два.
Примечательно, что фазовая асинхронизация пятнообразования также показываетлидирование северного полушария. Если столь “тонкое” свойство как фазоваяасинхронизация сохраняет свой знак как на низких, так и на высоких широтах,то представляется полезным подробнее рассмотреть связь пятнообразования иполярных полей Солнца в следующих разделах.1.11ВыводыПроведенное исследование асимметрии пятнообразования в рамках теории синхронизации систем позволяет сделать следующие выводы:– При рассмотрении северо-южной асимметрии солнечной активностинеобходимо различать амплитудную и фазовую асимметрии пятнообразования.– Классический индекс нормированной асимметрии N A является мероймгновенного амплитудного доминирования одного полушария над другим.
N A не может быть использована для трассировки временно́го запаздывания и не подходит в качестве индекса n–s асинхронизации.– Впервые предложена количественная мера временны́х (фазовых) рассогласований в каждый момент времени для пятнообразования в полушариях Солнца.– Результаты измерения фазовых расстроек пятнообразования методом кросс-рекуррентного анализа подтверждаются результатами кроссвейвлетного анализа.62– Ход фазовой асимметрии восстановлен по наблюдениям отца и сынаЛя Ир, Штаудахера, Гамильтона, Гимингама, Кэррингтона, Шперера игринвичским данным.– Показано, что фазовая асимметрия в среднем сохраняет свой знак в течение нескольких солнечных циклов (период ∼90 лет). Иными словами,пятенная активность одного из полушарий опережает активность другого полушария в течение 40–50 лет. В среднем величина запаздыванияодного полушария относительно другого не превышает один–два года.– Вариации фазовой асимметрии находятся в противофазе с вариациямиширотного распределения пятен в полушариях (магнитным экватором).– Ожидается, что следующая смена знака фазовой асимметрии произойдет в течение ближайших пяти лет.– Выдвинуто предположение, что фазовая n–s асимметрия есть следствиефазовой асинхронизации процессов северного и южного полушарий.63Глава 2.
Потерянный импульс солнечнойактивности2.1Максимумы активностиИзвестно, что пятнообразование и другие активные явления на Солнцераспределены во времени не однородно, а циклически. Как правило, сглаженный профиль активности имеет один или несколько вторичных максимумов(пиков или всплесков [6]). Основные закономерности их появления изложены вработах Вальдмайера [184; 185] и Гневышева [186–189]:– Первый всплеск наблюдается на всех широтах (для пятен это вся зонакоролевских широт, а например, для интенсивности короны –– область,включающая в себя и полюса). Вторичный всплеск активности наблюдается только в приэкваториальном районе [189].– Центры всплесков расположены на широтах 20–25◦ ± 5◦ и 10–15◦ ± 5◦в каждом полушарии и не смещаются по широте в течение солнечногоцикла [187; 188].– Центры всплесков (максимумы) разнесены во времени на 2–3 года [189]или 3–4 года [190].
Активность распределена вокруг этих центров погауссиане как по широте, так и во времени.– Двухвершинность и так называемый провал Гневышева видны в фотосфере, хромосфере и короне [188; 189].На основе этих закономерностей Гневышев заключил, что монотонноеуменьшение среднего значения широты, на которой появляются пятна, (законШперера) в ходе солнечного цикла, является фиктивным, а на самом деле диаграмма бабочек Маундера есть результат суперпозиции максимумов активности [187; 189]. Данный вывод о фиктивности закона Шперера, однако, критиковался [6; 191].Используя раздельно по полушариям индексы числа и площадей пятен,Теммер с соавторами [145] и Нортон в соавторстве с Галлахером [192] пришли квыводу, что провал Гневышева наблюдается раздельно в каждом из полушарий.64Следовательно, для полного диска Солнца провал Гневышева нельзя считатьрезультатом суперпозиции слегка рассогласованных по фазе одновершинныхмаксимумов.2.2Импульсы и кластерыПомимо максимумов активности выделают еще тонкую структуру солнечного цикла — активные области, кластеры и импульсы.
Одно из первыхупоминаний о том, что солнечная активность упакована в импульсы, относитсяк 1938-му г. [193]:“Распределение пятен, а также флоккулов кальция и водорода по поверхности Солнца не является случайным. В некоторые моменты времени большие области солнечной поверхности (охватывающие иногда десятки градусов по долготе) оказываются особенно сильно покрыты пятнами и флоккулами.Это позволяет сделать вывод о возникновении на Солнце процессов, которые мы называем “импульсами активности”,и которые проявляются в виде усилений различных явленийна поверхности Солнца.
Различные явления на поверхностиСолнца, как то пятна, флоккулы и т.д., принадлежащие одному импульсу солнечной активности, связаны между собой нетолько гелиографическим соседством, но и в отношении времени их существования ... Продолжительность существования этих процессов в среднем порядка 5–6 оборотов Солнца.”Множество попыток классифицировать долготную, широтную и временну́ю организацию солнечной активности привели к целому ряду определений, таких как комплекс активности [194], центр магнитной активности [195; 196], кластер активности [197], скопление пятен [198]2:2Schrijver and Zwaan [198]: “The spread of sunspot nests in longitude corresponds to less than ∼30,000 km, andthat in latitude is even less than ∼15,000 km.”65“Протяженность области скопления пятен по долготе составляет менее 30 000 км, а по широте менее 15 000 км.”В отсутствие точных определений, со временем, все эти понятия теснопереплелись [6, глава 6]:“Комплексом активности называют скопление в видедлинного ряда в одном долготном интервале взаимосвязанныхактивных областей ...
Время существования комплексов активности составляет 4–8 кэррингтоновских оборота [194].Чаще всего их развитие начинается с появления большой активной области, образующейся вблизи разрушившейся униполярной области, которая составляет их основу. Затем оназаменяется несколькими взаимосвязанными активными областями, часть из которых существует сравнительно короткое время ...
в некоторых случаях комплексы активностивключают в себя активные области и северного, и южногополушарий Солнца. Изучение комплекса активности, наблюдавшегося в 1973 г. ... показало, что основные его составляющие (комплекс состоял из 20 активных областей в северном июжном полушариях) были постоянно взаимосвязаны, в частности и через экватор Солнца, линиями магнитного поля ...”Для сравнения более позднее описание импульса активности [199]:“Тонкая структура широтного распределения площадей солнечных пятен указывает на наличие импульсной пятнообразовательной активности.
Импульсы имеют масштабнескольких десятков градусов широты и длительность от половины до двух лет. Импульсы на северной и южной полусферах независимы. 11-летний цикл является суперпозициейдвух и более импульсов, которые возникают в разных интервалах широты и в разное время.”Тем не менее, вышеозначенные определения можно разделить на два класса: широтно-долготная и широтно-временна́я организация солнечной активно-66Рисунок 2.1 — а) Широтно-временна́я диаграмма распределения групп солнечных пятен для цикла 22.
б) Сглаженное распределение пятен для того же цикла. Размер окна сглаживания dx × dy = 5 × 1/6, шаг итерации i = 60. Цветомпоказана плотность распределения групп пятен.67Широта (градус)30(б)30151500-15-15-30-30200Амплитуда(а)200(г)(в)16015012010080504000Время (год)Время (год)Рисунок 2.2 — а) и б) Схематические изображения импульсов активности всеверном и южном полушариях. в) и г) Соответствующие им циклы активностив северном полушарии (синим цветом), южном (красным) и для полного дискаСолнца (черным).сти.
В данной работе мы будем использовать определение импульсов активностидля широтно-временно́й плоскости (рис. 2.1).На рисунке 2.1 (a) показана диаграмма бабочки для 22-го цикла. Каждаяточка соответствует положению отдельной группы пятен. На рисунке 2.1 (б)изображено сглаженное распределение активности для того же цикла. Цветомпоказана плотность распределения групп пятен.
Их области концентрации мыи будем называть импульсами.Схематически продемонстрируем связь всплесков и импульсов активности. На рисунках 2.2 (а) и 2.2 (б) показаны диаграммы бабочек состоящие издвух импульсов активности в северном полушарии и трех в южном. Ниже представлены схематические кривые индексов пятнообразования: синим цветом длясеверного полушария, красным для южного и черным для всего диска Солнца. На рисунке 2.2 (в) цикл активности в каждом из полушарий состоит издвух всплесков и провала между ними.
Дело в том, что два импульса в южном полушарии перекрываются, образуя единый максимум активности. Во вто-68ром случае (рис. 2.2 г) импульсы расположены таким образом, что образуютсянесколько вторичных максимумов. Иными словами, провалы Гневышева, илиих отсутствие, и форма цикла в целом есть результат суперпозиции импульсовактивности в каждом из полушарий. Однако причина, по которой солнечнаяактивность ведет себя всплескообразно, остается неизвестной.В согласии с импульсным характером солнечной активности Проктор иШпигель [200] предположили, что динамо-волна также не является единойструктурой, а есть огибающая пакета сверхустойчивых динамо-волн. Тернулло [201–203] предположил, что импульсный характер всплывания магнитного потока на Солнце, возможно, связан с осцилляциями скорости вращениятахоклина [204].
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
