Диссертация (1149666), страница 20
Текст из файла (страница 20)
5.7; внизу: средние спектры Ломба для четырёх фаз солнечного цикла.На фазе роста, в первые три года цикла, для секторной структуры характерна периодичностьбольше 27 дней, около 27.5. Также видно, что спектр имеет одинаковые, сравнительно большие,значения вплоть до 29–29.5 дней. То есть, одновременно с 27-дневными структурами на данном этапе зачастую может наблюдаться секторная структура с самыми длительными периодамивращения.
Отметим едва различимый максимум около значения T≈29 дней.Для второй фазы цикла, после максимума активности, мощность спектра для первого пикаувеличивается и его центр смещается к значению ∼27 дней. Увеличение мощности этого пи93ка свидетельствует о более частом появлении соответствующей секторной структуры в даннойфазе цикла.
Хвост в области больших периодов укорачивается по сравнению с фазой роста, ивторой пик смещается к значению T≈28.5 дней. Напомним, что представленные спектры являются результатом осреднения. Как видно из верхнего графика рис. 5.8, на данной фазе цикламожно наблюдать как структуры с 28-дневным, так и с 29-дневным периодом. Средний спектрдемонстрирует, что с переходом от фазы роста к максимуму активности характерный периодболее медленно вращающихся секторных структур уменьшается.На спаде солнечной активности указанная тенденция сохраняется (рис.
5.8, нижний график),и низкочастотный хвост спектра вновь укорачивается. Второй пик сдвигается к значению T≈28дней. Величина первого максимума спектра T≈27 дней снова увеличивается. Что опять говорито более частом появлении 27-дневной секторной структуры с развитием солнечного цикла.В минимуме цикла наблюдается смещение главного пика обратно к значению ∼27.5 дней.Второй пик спектра на больших периодах практически пропадает. Возникновение небольшогопика на T≈28.5 днях, вероятно, является следствием наложения данной фазы с фазой ростанового цикла.В случае четырёхсекторной структуры области положительной и отрицательной полярностиММП дважды пересекают Землю за один солнечный оборот.
Соответственно, на периодограммах она фиксируется пиками около значений порядка 13.5 дней. Эта высокочастотная часть спектров показана на рис. 5.9. Видно, что высота пиков значительно меньше, чем для периодов двухсекторной структуры. То есть четырёхсекторная структура — более редкое явление. На данномграфике чёрной пунктирной линией отмечен уровень статистической значимости 1%. Из четырёх спектров только два, для фаз спада и минимума активности, превосходят указанный уровень.Соответственно, из представленных средних спектров следует, что четырёхсекторная структураболее характерна для этапов спада и минимума солнечной активности. Периодичность даннойструктуры близка к значению 27 дней (13.5 дней для пары положительный–отрицательный сектор).Итак, в основном в течение всего цикла наблюдается 27-дневная двухсекторная структура.Причём в минимуме цикла и на фазе роста средний период составляет примерно 27.5 дней.Скорее всего, именно эту особенность Свальгард и Вилкокс ассоциировали с наблюдаемой втечение всего цикла 27-дневной четырёхсекторной структурой.
Наши результаты говорят о том,что преобладает двухсекторная структура, а четырёхсекторная, действительно имеющая ∼27-дневный период, наблюдается гораздо реже, что видно по низким значениям спектра на рис. 5.9,в основном в минимуме активности и на фазе спада. Это согласуется с предположением Обридко и Шельтинг о том, что четырёхсекторная структура появляется на спаде активности [71].Наряду с ∼27-дневной структурой, также наблюдаются двухсекторные структуры с бо́льшимипериодами, отмеченные Свальгардом [57] и Обридко [71]. Причём с развитием цикла активности период их вращения постепенно уменьшается с 29.5 до 28 дней. Таким образом, не разделяясекторную структуру на разные типы, можно говорить о том, что в течение солнечного циклапериод вращения ММП постепенно уменьшается. То есть, с развитием цикла источник круп94120RiseMaximumDeclineMinimum99% significance100P(ω)80604020013.2513.513.75T (days)1414.2514.5Рисунок 5.9: Средние спектры Ломба для четырёх фаз солнечного цикла в диапозоне периодовчетырёхсекторной структуры ММП.номасштабного магнитного поля, образующий наблюдаемую в плоскости эклиптики секторнуюструктуру, смещается с широт ∼40–45o (T≈29 дней) до ∼20–25o (T≈27 дней).Наличие четырёхсекторной структуры в минимуме активности вероятно вызвано геометриейтокового слоя.
В этот период магнитный диполь почти совпадает с осью вращения, то есть перпендикулярен эклиптике. Соответственно, нейтральная линия, разделяющая области противоположной полярности, также лежит в плоскости эклиптики. Так как обычно она имеет искривлённую форму из-за квадрупольного момента, на Земле наблюдается четырёхсекторная структурамежпланетного магнитного поля.955.2 Эффект Розенберга-КоулманаС 1962-го по 1968-й год космические аппараты Mariner 2, 4, 5 и OGO 5 исследовали межпланетное пространство на расстояниях 0.7–1.5 а.е.
до Солнца и в диапозоне гелиоширот ±7.3o .Проанализировав данные межпланетного магнитного поля, Розенберг и Коулман обнаружилипреобладание положительной полярности в южных гелиоширотах, а отрицательной — в северных [72]. В этот период южное полушарие Солнца как раз имело положительную полярность,а северное — отрицательную. Таким образом, даже в области, близкой к эклиптике, фиксировалось преобладание той или иной полярности в зависимости от гелиошироты наблюдений.
Этотакже свидетельствовало о том, что основным источником ММП является дипольная компонента крупномасштабного солнечного магнитного поля. Так как ось вращения Солнца наклоненапо отношению к эклиптике, в процессе годового обращения Земля находится как в области северных гелиоширот — до +7o 15′ осенью, так и в области южных — до −7o 15′ весной. Поэтомупреобладание полярностей ММП наблюдается в периоды равноденствия, а знак доминирующейполярности совпадает с полярностью магнитного поля в соответствующем солнечном полушарии.
Указанный эффект получил название эффекта Розенберга-Коулмана.Позже Вилкокс и Шеррер [73], проанализировав каталог восстановленной полярности Свальгарда за 1926–1971 года, подтвердили наличие данного эффекта. Они также указали на сменузнака преобладающей полярности с примерно 20-летним периодом, то есть в соответствии снаблюдаемым на Солнце магнитным циклом.
Несмотря на длительность интервала в 45 лет, гораздо большую, чем в исследовании Розенберга и Коулмана, данная статистика покрывала всеголишь два магнитных цикла.Мозес и Тритакис [74], исследовав ММП за 1957–1977 года, пришли к выводу, что эффектпреобладающей полярности действительно наблюдается, однако, имеет слабое статистическоеподтверждение. Они также предположили, что отклонения от правила Розенберга-Коулмана могут быть вызваны наличием долгоживущих приэкваториальных корональных дыр, приводящихк смещению гелиосферного токового слоя.Экер и Свальгард [75] с помощью вэйвлет-анализа исследовали восстановленную полярностьММП за 1927–2002 года.
Эти данные были получены как взвешенное среднее всех имевшихсяна тот момент каталогов полярностей ММП: Свальгарда, Мансурова и Веннерстрём, а такжепо данным спутниковых измерений. Периодический сигнал, обнаруженный в диапозоне от 256до 512 дней объяснялся эффектом Розенберга-Коулмана. Максимумы спектра на этих периодах,а значит, и усиление эффекта, наблюдалось в годы роста солнечной активности, а не в годыминимума, как было принято считать ранее. Усиление эффекта Р-К на фазе роста цикла былообъяснено тем, что гелиосферный токовый слой в эти периоды более стабилен и совпадает сплоскостью эклиптики. В годы спадов и минимумов солнечной активности, когда в приэкваториальной области появляются корональные дыры, как предполагали Мозес и Тритакис, эффектнаблюдается хуже.96Последними к анализу эффекта Розенберга-Коулмана обращались Хильтула и Мурсула[76, 77].
Вновь исследовалась восстановленная полярность из каталога Экера и Свальгарда [75].Для каждого года они нашли отношение числа дней отрицательной полярности (T) к общемучислу (T+A) отдельно для весенних месяцев — с февраля по апрель, и для осенних — с августапо октябрь. Таким образом, когда гелиосферный токовый слой примерно совпадает с эклиптикой, а северное полушарие имеет положительную полярность, полученные значения осеньюбудут меньше 0.5, а весной, наоборот, больше.
После переполюсовки солнечного магнитногополя, правило меняет знак. Согласно результатам Хильтулы и Мурсулы эффект наблюдается втечение всего периода с 1927-го по 2003-й год, а полученные отношения приближенно совпадают с синусоидой, имеющей ∼20-летний период.
Изменение эффекта Р-К с таким периодомсвидетельствует о переполюсовке полярного магнитного поля на Солнце с 1927-го по 2003-йT/(T+A)0.70.60.50.40.3Sunspots0.70.60.50.40.3T/(T+A)год.150SatelliteGDHTHLsin, T=21 year1005001930195019701990YearРисунок 5.10: Отношение количества дней отрицательной полярности (T) к общему числу(T+A) по данным спутников (синим) и для полярности, восстановленной по геомагнитнымданным станций Туле (красным) и Годхавн (фиолетовым); верхний график — для сентября,средний — для марта. Нижний график: среднегодовые числа солнечных пятен.97Используя каталог полярности, восстановленной в данной работе, нами был проанализирован эффект Розенберга-Коулмана за гораздо более длительный интервал.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
