Диссертация (1145317), страница 13
Текст из файла (страница 13)
Возможно, что эта изменчивость периода происходит от неполноты наших наблюдений, но это лишь одна причина. Вполне правдоподобно, чтодо некоторой степени это действие производится колебанием более длинного периода, приблизительно в 60 лет, котороеприсоединяется к основному колебанию, длящемуся 11 лет.”Согласно информации Национального геофизического центра данных(NGDC) 4-й цикл является самым длинным за последние 300 лет. Его длинаот минимума до минимума (по сглаженным значениям индекса Вольфа) составляет 13,6 лет, а от максимума до следующего максимума — 17,1 лет. Этизначения варьируются в зависимости от способа подсчета [6; 7; 24; 211].В начале 2000-х гг.
Усоскин с соавторами [212] выдвинули ряд аргументовв пользу гипотезы о “потерянном” солнечном цикле между 1786 и 1800-м гг.Дело в том, что промежуток между 1790 и 1794-м гг. очень скудно покрытнаблюдательными данными. В частности, в 1792-м г. было лишь 4 наблюденияШтаудахера. Среднегодовая величина индекса Rg считается надежной, если онаполучена более чем из 20 ежедневных наблюдений более или менее равномерно распределенных по временно́му интервалу [22]. Чтобы заполнить пропускив наблюдениях, Вольф использовал данные измерений геомагнитной активности3.Согласно гипотезе о существовании потерянного цикла [212] отсутствиедолжных наблюдательных данных привело к потере слабого цикла в преддверии минимума Дальтона (рис.
2.8 а). Длинный, официально табулированный4-й цикл предположительно состоит из двух (рис. 2.8 б). Первый длился с 1784по 1793-й г. (около 9 лет), и второй — с 1793 по 1800-й г. (около 7 лет).3Система токов E-слоя ионосферы (90–120 км над уровнем моря) регулируется уровнем ультрафиолетового излучения Солнца. Создаваемое магнитное поле измеряется наземными приборами, начиная с XIX века.Вариации этого поля, а именно величина именуемая склонением является косвенным источником информации о солнечной активности [213].77Рисунок 2.8 — а) Среднемесячные значения числа групп солнечных пятен согласно [22]. Серая кривая — бегущее среднее по 13 точкам. б) Тонкая чернаякривая показывает непрерывные наблюдения.
Толстая серая кривая — экстраполяция полиномом третьего порядка. в) Распределение длин солнечных циклов. Серые планки соответствуют данным по всем циклам, исключая период с1784 по 1799-й г. Заштрихованными полосами отмечены официальный 4-й цикл,новый и потерянный циклы. Рисунки взяты из работ [212; 214].78В пользу существования потерянного цикла свидетельствуют следующиеобстоятельства [212]:– Цикл, начавшийся в 1784-м г., согласно сценарию [212; 214], характеризуется резким спадом активности, то есть имеет короткую ветвь спада, которая продолжилась общим подавлением активности в течениевсего минимума Дальтона. Согласно одной из гипотез подобная картина могла наблюдаться в цикле предшествующем минимуму Маундера [215; 216].– Добавление нового слабого цикла восстанавливает соотношение амплитуд (и интенсивностей) циклов в парах четный–нечетный по правилуГневышева–Оля [27; 28], делая его выполнение неразрывным в течение400 лет [217].– Устраняется фазовая катастрофа, связанная с затянувшимся спадомофициального 4-го цикла.
Фаза становится циклической, утратив линейность [6; 218].Кривова с соавторами [219] подвергли критике идею о существовании слабого цикла в преддверии минимума Дальтона. По результатам их статистических тестов потерянный цикл оказался еще более странным, чем официальный4-й. Так, согласно [219], длина потерянного цикла составила всего 5 лет.
В своюочередь, Усоскин с соавторами [220] выступили с ответной статьей.Проверка правила Вальдмайера для измененного набора циклов дает разные результаты. Согласно этому правилу с ростом высоты максимума циклапродолжительность ветви роста убывает [6; 185; 208; 221]. В работе [214] сделанвывод, что введение нового слабого цикла не нарушает правило Вальдмайера,и, наоборот, согласно работам [222; 223] потерянный цикл выбивается из общейстатистики.Также была предпринята попытка объяснить необычно большую длину4-го цикла активности высокой степенью асинхронизации пятнообразования вполушариях [110].
Дело в том, что в начале 20-го цикла активности наблюдалось довольно значительное запаздывание пятнообразования южного полушария относительно северного. По аналогии было выдвинуто предположение, чтопятна 4-го цикла, начавшегося в конце 1784-го г., первые несколько лет появлялись преимущественно в одном полушарии, а к концу цикла уже во второмполушарии.79RgЛидирующееполушариеЗапаздывающееполушариеОбщая активностьВремя (год)Рисунок 2.9 — Солнечная активность в 4-м цикле активности. Точками показаны среднемесячные значения индекса числа групп солнечных пятен [22].Тонкая серая кривая соединяет непрерывные наблюдения. Модельные сглаженные функции, описывающие пятнообразование в полушариях, показаны цветом: оранжевым цветом — лидирующее полушарие, зеленым — запаздывающее,черным — суммарная активность [110].На рисунке 2.9 показана схематическая модель.
Оранжевым и зеленымцветом изображены гипотетические сглаженные кривые солнечной активностив полушариях, черным цветом показан общий уровень пятнообразования. Модельные кривые построены с использованием функции 4-х переменных [224]:f (t) =a(t − t0 )320)exp( (t−tb2 ) − c,(2.2)где a — амплитуда, b — время в годах от минимума до максимума цикла, c —асимметрия, t0 — дата начала цикла. Для лидирующего полушария были выбраны следующие значения параметров: a = 7, b = 3, c = 0,99, и t0 = 1785,5.Для запаздывающего — a = 4, b = 3, c = 0,99 и t0 = 1790. Длины обоих цикловпорядка 9 лет, а запаздывание составило 4,5 года [110].Однако оцифровка [83] рукописной книги Иоганна Штаудахера, анализ(рис. 1.11) и реконструкция широтно-временно́го распределения групп пятен [84] показали несостоятельность гипотезы сильной асимметрии в преддверии минимума Дальтона [106].
На рисунке 2.10 представлена реконструкциядиаграммы бабочек Маундера от нулевого до 4-го цикла активности. Видно, что80цикл 1цикл 2цикл 3цикл 4Широта (градус)цикл 0минимумы активностиВремя (год)Рисунок 2.10 — Диаграмма бабочек Маундера, реконструированная по зарисовкам Штаудахера с 1749 по 1796-й г. Рисунок взят из работы [84].в конце XVIII века крылья бабочки симметричны относительно экватора, нетярко выраженного запаздывания активности одного полушария относительноактивности другого полушария.Заметим, что до минимума между циклами 1 и 2, широтно-временно́е распределение групп пятен отличается от привычного [84].
Согласно наблюдениямКэррингтона, Шперера (рис. 2.5 a) и гринвичским данным [7] солнечные пятна почти не всплывают на экваторе. По данным же наблюдений Штаудахерадо 1765-го г. пятна активно заселяют нулевой градус широты, и диаграммаМаундера перестает быть похожей на бабочку. Динамо-теория, однако, можетобъяснить столь странное поведение [225], как результат доминирования квадрупольной симметрии магнитных полей над дипольной. Доподлинно же остается неизвестным действительно ли такая необычная форма бабочки имела местоили это артефакт некорректной процедуры обработки наблюдений.Проведя анализ широтного положения пятен в конце цикла 4, Усоскинс соавторами [226] пришли к выводу, что появление пятен в диапазоне широт16–22,5◦, является свидетельством фазы роста нового (потерянного) цикла активности.
Согласно данной гипотезе, потерянный цикл начался в 1793-м г. 13из 16 зарегистрированных пятен этого цикла находятся в северном полушарии.Было выдвинуто предположение [226], что такая асимметрия является зеркальной копией ситуации в конце минимума Маундера [44].Ri81Rg(б)Длина цикла (год)Широта (градус)(в)(г)цикл #4потерянныйциклВремя (год)Рисунок 2.11 — Солнечная активность в конце XVIII и начале XIX веков: а)число пятен Ri , б) число групп пятен Rg . в) Широтно-временна́я диаграммадля 4-го цикла. Цветом показана плотность распределения групп пятен. Серые полосы соответствуют отсутствию данных.
г) Длины солнечных циклов.Красным цветом показано разбиение 4-го цикла на два новых меньшей длины.Серая вертикальная пунктирная кривая указывает начало потерянного цикла.Рисунок взят из работы [226].82циклы 3-6циклы 10-14циклы 19-23циклы 22-24250Ri20015010050005101520253035404550Время (год)Рисунок 2.12 — Сглаженные значения числа пятен SN версия 2 [13]. Последовательности циклов показаны разными цветами.В следующем разделе мы проанализируем статистику пятнообразованияв преддверии минимума Дальтона на предмет действительно ли широтное распределение пятен указывает на минимум активности в 1793-м г.2.5.2Длинные циклыПоскольку 4-й цикл активности является необычно длинным в сравнениис большинством других циклов, то имеет смысл провести сравнение этого затянувшегося цикла с максимально подобными ему из гринвичского каталогаданных. На рисунке 2.12 представлены последовательности нескольких циклов(индекс SN версия 2) [13].
Синим цветом показаны циклы 3–6, черным — циклы10–14, красным — циклы 19–23, зеленым — циклы 22–24. Положения циклов навременной оси x выбраны таким образом, чтобы совместить минимумы переддлинными циклами 4, 11, 20 и 23. Хотя интересующий нас 4-й цикл оказалсясамым затянувшимся, тем не менее его длина не кардинально отличается отдлин других циклов.В разделе 2.4 было высказано предположение, что широтное распределение пятен для циклов 20 и 23 могут быть схожи с параметрами солнечнойактивности в преддверии минимума Дальтона.
На рисунке 2.13 (а) показано83Рисунок 2.13 — а) Гистограмма числа наблюдательных дней в течение каждого месяца по данным Штаудахера, Гамильтона и Гимингама. б) Широтновременна́я диаграмма для цикла 4, в) для цикла 20 и г) для цикла 23.84число наблюдательных дней за каждый месяц по данным Штаудахера, Гамильтона и Гимингама. Максимальное число наблюдений было проведено в июне1787-го г.
— 8 наблюдений. Было лишь 3 наблюдения в 1792-м г., 3 в 1793-м г. ини одного наблюдения в течение 1794-го г. Таким образом, можно справедливовыдвинуть предположение, что редкие наблюдения 1790-х гг. создают иллюзиюпотерянного цикла [111].На рисунках 2.13 (б), 2.13 (в) и 2.13 (г) представлены диаграммы бабочек для циклов 4, 20 и 23, соответственно. Запаздывание активности южногополушария относительно активности северного в начале 20-го цикла порядкадвух лет [101], что и сказалось на длине цикла [110].
Крылья бабочки 23-гоцикла также сильно асимметричны, но уже на фазе спада активности. Такжеподчеркнем, что циклы 4 и 23 схожи еще и потому, что после каждого из нихнаблюдался затяжной минимум активности (см. раздел 2.6).2.5.3Солнечные пятна на средних и высоких широтахВ этом разделе подробно проанализируем широтное распределение пятен на высоких и средних широтах.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
