Пик солнечной активности в течение дня. Солнечные циклы. Как использовать влияние Солнца

Нашей звезды временами меняется, и происходит это с определённой периодичностью. Эти периоды и называют солнечными циклами. За солнечные циклы отвечает магнитное поле звезды. Вращение Солнца отличается от вращения твёрдых тел. Разные области звезды обладают различными скоростями, что и определяет величину поля. И оно проявляется в солнечными пятнами. Каждый цикл характеризуется сменой полярности магнитного поля.

Известные циклы активности

Одиннадцатилетний

Этот период активности Солнца самый известный и более изученный. Также его называют законом Швабе-Вольфа, отдавая дань первооткрывателю этой периодичности светила. Название «одиннадцатилетний» несколько условно для данного цикла. Продолжительность его, например, в XVIII – XX веках колебалась от 7 до 17 лет, а в веке ХХ среднее значение составило 10,5 лет. В первые четыре года цикла происходит активное увеличение количества солнечных пятен. Также учащаются вспышки, число волокон и протуберанцев. В следующий период (около семи лет) количество пятен и активность уменьшаются. 11-летние циклы имеют различные высоты в максимумах. Их принято измерять в относительных числах Вольфа. Самым высоким индексом за всё время наблюдений отметился 19-й цикл. Его значение составило 201 единица, при минимуме около 40.

Двадцатидвухлетний

По сути, это двойной цикл Швабе. Он связывает пятна и магнитные поля звезды. Каждые 11 лет изменяется знак магнитного поля и положение магнитных полярностей групп пятен. Для возврата общего магнитного поля в начальное положение требуется два цикла Швабе, или 22 года.

Вековой

Этот цикл продолжается от 70 до 100 лет. Это модуляция одиннадцатилетних циклов. В середине прошлого века был максимум такого цикла, и следующий придётся на середину века нынешнего. Отмечена и двухвековая цикличность. В её минимумы (периоды около 200 лет) наблюдаются устойчивые ослабления солнечной активности. Они длятся десятки лет и носят название глобальных минимумов.

Также существуют циклы в 1000 и 2300 лет.

Влияние на нашу жизнь

Как считает М. Гухатхакурта, астрофизик НАСА, не только солнечные максимумы воздействуют на нашу жизнь, но и минимумы тоже. Чередование фаз изменения солнечной активности имеет свою специфику и вредные последствия. В солнечные циклы, на максимумах, обостряются риски сбоя в работе различного оборудования. Более интенсивное ультрафиолетовое облучение нагревает атмосферу, увеличивая её объём. Усиливается лобовое сопротивление, воздействующее на спутники и на МКС. Они мощнее притягиваются к Земле, и приходится корректировать их орбиты. Но от этого есть и некоторая польза: Из-за усиления притяжения космический мусор также устремляется к планете, сгорая в плотных атмосферных слоях.

В минимумы циклов интенсивность ультрафиолетового излучения падает, и от этого атмосфера охлаждается и уменьшается в объёме. Солнечный ветер ослабевает, но усиливается поток .

Опубликованы данные норвежских учёных, из которых вытекает, что люди, рождённые в год спокойного Солнца, живут дольше примерно на 5 лет. Были отслежены время рождения и смерти 8600 человек в двух населённых пунктах за период от 1676 до 1878 годов. Этот период выбрали потому, что на него существуют данные за 11-летний цикл активности Солнца. Но механизм влияния активности Солнца на продолжительность жизни пока не ясен.

С цикличностью солнечной активности тесно связаны глобальные события, происходящие на нашей планете. Самые известные эпидемии чумы, холеры, а также учащение наводнений и засух приходятся именно на максимумы активности Солнца. С этим явлением связываются и социальные потрясения. Революции и большие войны тоже укладываются в систему цикличности.

Сбои циклов

Но не всё вписывается в рамки цикличности. Солнце имеет свой характер, и иногда проявляется его своеобразие. Например, 23-й солнечный цикл должен был завершиться в 2007 – 2008 годах. Но не завершился, и чем вызван такой феномен, пока не понятно. Получается, что солнечные циклы – незакономерная закономерность нашего светила.

В 2012 году, вместо предполагаемого максимума активности, она упала ниже отметки 2011 года. Весь последний уровень солнечной активности в 4 раза ниже высших значений, известных за 260 лет наблюдений.

С середины 2006 до середины 2009 годов Солнце было в глубоком минимуме. Этот период характерен несколькими рекордами спада активности. Отмечались наименьшие показатели скорости солнечного ветра. Наблюдалось максимальное число дней без пятен. Активность вспышек упала к нулю. Из этого вытекают возможные варианты дальнейшего поведения Солнца. Если считать, что в каждом цикле звезда высвобождает определенное количество энергии, то после нескольких лет пассивности, она должна эту энергию выбросить. То есть, новый цикл должен быть очень быстрым и достичь высочайших значений.

Предельно высокие максимумы за все годы наблюдений не фиксировались. А вот исключительные минимумы отмечались. Из этого следует, что провал активности – намёк на сбой солнечных циклов.

Солнце показало ученым новую тайну - пик солнечной активности слишком слабый. Вспышки редкие, пятен на Солнце мало. Ученые опасаются повторения, как 4 века назад, Маундеровского периода. Тогда вспышек и пятен на Солнце не было почти сто лет, а на Земле началось похолодание.

- Был некий сбой в деятельности Солнца, - поясняет директор Института земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн Владимир Кузнецов. - Вопрос, а может ли это повториться и когда?

Съемки нашего Светила в реальном времени проводятся в разных диапазонах волн. Прогнозы ученых-солнечников, как у синоптиков, тоже всегда рассчитаны на несколько дней. Но, как отмечают в Центре геомагнитной обстановки, ошибок не бывает.

Здесь вы видите маленькие выбросы вещества. Думать, что что-то опасное будет из-за этого выброса, не приходится, - комментирует снимки солнечной активности заведующий лабораторией ИЗМИРАН Анатолий Белов. - Вот можно предсказать магнитную бурю, где-нибудь числа 2-3 июля.

Именно точный прогноз центра в 2001 году помог избежать неуправляемого спуска станции "Мир". Масса станции была 120 тонн. В атмосфере сгорело чуть больше половины. Если бы оставшиеся фрагменты упали на населенные районы, то катастрофы не миновать.

19 марта была магнитная буря, которую мы спрогнозировали. За 2 дня станция просела на девять с половиной километров. И было принято решение все быстро сделать, и через два дня ее успешно затопили, - рассказывает руководитель Центра прогнозов космической погоды ИЗМИРАН Сергей Гайдаш.

Работа космонавтов на орбите тоже напрямую зависит от прогноза солнечной активности. Если звезда буйствует, выходы в открытый космос запрещены.

Три выхода в открытый космос равнозначны полугодовой экспедиции на МКС, так вроде говорили врачи, - поясняет летчик-космонавт, командир МКС Геннадий Падалка.

Сегодня космонавты регулярно на связи с МЧС. С орбиты лучше видно, насколько Солнце бывает беспощадным. В России снова бушуют пожары. Парадоксально, но в эпоху технического прогресса человек все больше зависим от Солнца. Вспышки могут не только изменить орбиты спутников и вывести их из строя, но и причинить вред наземной технике, например, сотовой связи.

Ученые признаются: накопленных знаний пока слишком мало. "Солнце изучено далеко не полностью, очень множество осталось непонятных вещей. Даже такая простая вещь, как солнечная активность и ее периодичность в 11 лет. Причины ее неизвестны", - разводит руками главный научный сотрудник Института космических исследований РАН Георгий Застенкер.

Недавно специалисты Института космических исследований, благодаря эксперименту "Плазма-Ф", сделали еще одно открытие. Поток солнечного ветра, то есть вещества, которое Светило теряет в процессе термоядерной реакции, непостоянен, меняется за доли секунды, словно у Солнца есть свое дыхание. "Если вы поливаете сад из обычного шланга, вы имеете поток воды, который толстой струей льется в одно место, а если вы прикрепите рассекатель, вы получите набор струек, который идет под разными углами. На Солнце оказалось то же самое", - подыскал достойную аналогию для объяснения солнечных явлений главный научный сотрудник Института космических исследований РАН Георгий Застенкер. Это открытие не сенсация, а один вклад в копилку знаний о раскаленном гиганте.

Наук Тель-Авивского университета Колин Прайс и его студент Ювал Рувени. Они утверждают, что обычные молниевые разряды на Земле находятся в сильной зависимости от солнечной активности и могут служить ее индикаторами. В израильской пустыне Нэгев Прайс и его научная группа, в которую также входят исследователи из США, установили чувствительную антенну, принимающую сигналы...

https://www.сайт/journal/121736

... ] NCAR) под руководством доктора Маусуми Дикпати (Mausumi Dikpati), свидетельствуют о том, что уже следующий цикл солнечной активности будет на 30 – 50% превышать по мощности последний, и без того отмеченный рядом сверхмощных катаклизмов. По... электропередач. Группа д-ра Дикпати для объяснения многочисленных аномалий, наблюдавшихся еще в прежнем, 23 цикле солнечной активности в 2004 году разработала так называемую Predictive Flux-transport Dynamo Model (модель динамо-транспортировки магнитного...

https://www.сайт/journal/12261

Не появилось на протяжении 311 дней. Песнелл говорит, что такие данные говорят о достижении минимума очередного цикла солнечной активности в 2008 года. За первые 90 дней 2009 года наше светило не проявляло сколько-нибудь значимой активности на протяжении 78 дней. В дополнение к этому исследовательский аппарат Улисс, который до недавнего времени вел наблюдения за Солнцем зафиксировал...

https://www.сайт/journal/117654

Ученые Пулковской астрономической обсерватории считают доказанным воздействие солнечной активности на целый ряд событий, включая глобальные изменения погоды и климата. Об этом корреспонденту « ... , эти потоки представляют опасность для космонавтов и даже для пассажиров авиарейсов, сказал директор обсерватории. По словам ученого, солнечная активность модулирует поток галактических космических лучей, которые влияют на образование облачности Земли и ее отражательную способность к поступающего от Солнца...

https://www.сайт/journal/116779

Почти не было спутников, а зависимость от телекоммуникационных сетей была значительно ниже. Поэтому с точностью предсказать, как высокая солнечная активность повлияет на жизнь Земли, достаточно сложно. Некоторые специалисты указывают на то, что в среднем один раз в 100 ... инфраструктуру сложно, но вполне возможно, что нам доведется испытать их на себе. Исходя из цикличности солнечной активности , исследователи предполагают, что подобные «суперштормы» могут произойти в период с 2010 по 2012 год. ...

https://www.сайт/journal/113735

2008 году прогнозировали, что именно новый цикл 2008-2019 годов станет периодом небывалой солнечной активности . Аномальная солнечная активность провоцирует массу изменений в геомагнитном поле Земли, в это время возрастает интенсивность электромагнитных... по поводу гипертонических кризов, приступов стенокардии, нарушений сердечного ритма. Кроме того, в периоды солнечной активности врачами чаще регистрируются инфаркты и инсульты. Особенно страдают люди с сердечно-сосудистыми заболеваниями. Это...

https://www.сайт/journal/119524

Завершился и способен "выдавать" мощные вспышки. Одиннадцатилетний цикл солнечной активности связан с циклическими изменениями магнитного поля в солнечных недрах. Внешне он проявляется изменением числа солнечных пятен, частоты вспышек и протуберанцев. При переходе от... к какому циклу относится то или иное явление. Как отмечают участники проекта по наблюдению солнечной активности , астрофизики всего мира всю первую половину 2009 года пытались разглядеть на поверхности светила признаки...

https://www.сайт/journal/118059

Цикла солнечной активности . В пятницу представителиНациональной администрации по океану и атмосфере США (NOAA) сообщили, что обнаружили первое пятно в северном полушарии Солнца, положившее начало новому 11-летнему циклу активности . В течение этого периода частота появления и количество солнечных пятен сначала растет, а затем снижается до минимума, после чего начинается новый цикл активности . Солнечные пятна...

В последнее время Солнце было необычно «тихим». Причину малоактивности раскрывает нижеприведенный график.

График числа Вольфа с 2000 до 2019 годы (красной линией показан прогноз). NOAA

Как видно из графика, в 11-летнем цикле солнечной активности произошел спад. В течение последних двух лет количество солнечных пятен сокращалось по мере перехода солнечной активности от максимума к минимуму. Уменьшение числа солнечных пятен означает, что стало меньше солнечных вспышек и корональных выбросов массы.

Фото Солнца, сделанные космической обсерваторией SOHO с 1996 года. NASA

Таким образом 24-й солнечный цикл становится самым слабым за последние 100 лет.

Что такое 11-летний цикл активности?

Одиннадцатилетний цикл, также называемый цикл Швабе или цикл Швабе-Вольфа — это заметно выраженный цикл солнечной активности, длящийся примерно 11 лет. Он характеризуется довольно быстрым (примерно за 4 года) увеличением числа солнечных пятен, и затем более медленным (около 7 лет), его уменьшением. Длина цикла не равна строго 11 годам: в XVIII–XX веках его длина составляла 7–17 лет, а в XX веке — примерно 10,5 года.

Что такое число Вольфа?

Число Вольфа — это показатель солнечной активности, предложенный швейцарским астрономом Рудольфом Вольфом. Он не равен числу пятен, наблюдаемых в данный момент на Солнце, а вычисляется по формуле:

f — количество наблюдаемых пятен;
g — количество наблюдаемых групп пятен;
k — коэффициент, выводящийся для каждого телескопа, с помощью которого проводятся наблюдения.

График среднемесячных чисел Вольфа с 1750 года. Leland McInnes | Wikipedia

Насколько спокойна обстановка на самом деле?

Широко распространенное заблуждение состоит в том, что космическая погода «замирает» и становится неинтересной для наблюдения во время низкой солнечной активности. Однако и в такие периоды происходит много любопытных явлений. Например, верхние слои атмосферы Земли разрушаются, позволяя космическому мусору накапливаться вокруг нашей планеты. Гелиосфера сжимается, в результате чего Земля становится более открытой межзвездному пространству. Галактические космические лучи проникают через внутреннюю часть Солнечной системы с относительной легкостью.

Ученые следят за ситуацией, поскольку количество солнечных пятен продолжает снижаться. По данным на 29 марта, число Вольфа равно 23.

Целых одиннадцать дней на Солнце, вопреки известной поговорке, нет ни одного пятна. Это значит, что наша звезда вступает в период минимальной активности и в течение ближайшего года магнитные бури и рентгеновские вспышки станут редкостью. О том, что происходит с Солнцем, когда его активность вновь возрастет и чем объясняются эти спады и подъемы, мы попросили рассказать сотрудника Лаборатории рентгеновской астрономии Солнца ФИАН, доктора физико-математических наук Сергея Богачева.

Сегодня на Солнце пятен нет

Среднемесячное число Вольфа на Солнце - индекс, которым ученые измеряют число солнечных пятен - за первые три месяца 2018 года опустилось ниже значения 10. До этого в 2017 году оно держалось на уровне 10–40, в еще годом ранее в отдельные месяцы достигало 60. Одновременно на Солнце почти перестали происходить солнечные вспышки, а вместе с ними к нулю стремится и число магнитных бурь на Земле. Все это свидетельствует о том, что наша звезда уверенно движется в сторону очередного минимума солнечной активности - состояния, в котором она оказывается приблизительно каждые 11 лет.

Само понятие солнечного цикла (а под ним понимается как раз периодическая смена максимумов и минимумов солнечной активности) является фундаментальным для физики Солнца. Вот уже более 260 лет, с 1749 года, ученые в ежедневном режиме следят за Солнцем и аккуратно записывают положение солнечных пятен и, конечно же, их число. И, соответственно, вот уже более 260 лет на этих кривых наблюдаются периодические изменения, чем-то похожие на биение пульса.

Каждому такому «удару солнечного сердца» присваивают номер, и всего с момента начала наблюдений таких ударов наблюдалось 24. Соответственно, именно столько солнечных циклов пока знакомо человечеству. Сколько же их было всего, существуют ли они все время, пока существует Солнце, или появляются эпизодически, меняется ли их амплитуда и продолжительность и какую длительность, например, имел солнечный цикл во времена динозавров - на все эти вопросы ответа нет, равно как на вопрос, характерен ли цикл активности для всех звезд солнечного типа или существует лишь на некоторых из них, и если существует, то будут ли две звезды с одинаковым радиусом и массой иметь одинаковый период цикла. Мы не знаем и этого.

Таким образоом, солнечный цикл относится к наиболее интересным солнечным тайнам, и хотя мы достаточно много знаем о его природе, все же многие фундаментальные его основы для нас все еще являются загадкой.

График солнечной активности, измеренной по числу пятен на Солнце, за всю историю наблюдений

Солнечный цикл тесно связан с наличием у Солнца так называемого тороидального магнитного поля. В отличие от земного магнитного поля, имеющего вид магнита c двумя полюсами - север и юг, линии которого направлены сверху вниз, на Солнце есть особый вид поля, который отсутствует (или неразличим) на Земле - это два магнитных кольца с горизонтальными линиями, которые опоясывают Солнце. Одно располагается в северном полушарии Солнца, а второе в южном, примерно симметрично, то есть на таком же расстоянии от экватора.

Основные линии тороидального поля лежат под поверхностью Солнца, но часть линий может всплывать на поверхность. Именно в этих местах, где магнитные трубки тороидального поля пробивают солнечную поверхность, и возникают солнечные пятна. Таким образом, число пятен в некотором смысле отражает мощность (или более точно - поток) тороидального магнитного поля на Солнце. Чем сильнее это поле, тем крупнее пятна, тем больше их число.

Соответственно, из того, что раз в 11 лет пятна на Солнце исчезают, можно сделать предположение, что раз в 11 лет на Солнце исчезает тороидальное поле. Да, так оно и есть. И собственно это - периодическое появление и исчезновение солнечного тороидального поля с периодом 11 лет - и является причиной солнечного цикла. Пятна же и их число лишь являются косвенными признаками этого процесса.

Почему же солнечный цикл измеряется по числу пятен, а не по силе магнитного поля? Ну, хотя бы потому, что в 1749 году магнитное поле на Солнце наблюдать, конечно, не могли. Магнитное поле Солнца было обнаружено лишь в начале XX века американским астрономом Джорджем Хейлом, изобретателем спектрогелиографа - прибора, способного с высокой точностью измерять профили линий солнечного спектра, и в том числе наблюдать их расщепление под действием эффекта Зеемана. Собственно, это было не только первое измерение поля Солнца, а вообще первое обнаружение магнитного поля у внеземного объекта. Так что астрономам XVIII-XIX веков только и оставалось, что наблюдать солнечные пятна, и у них не было никакой возможности даже догадаться об их связи с магнитным полем.

Но почему тогда пятна продолжают считать в наши дни, когда развита многоволновая астрономия, в том числе наблюдения из космоса, которые, конечно, дают много более точную информацию о солнечном цикле, чем простой подсчет числа Вольфа? Причина очень проста. Какой бы современный параметр цикла вы ни измерили и как бы точен он ни был, эту цифру нельзя будет сравнить с данными XVIII, XIX, да и большей частью XX века. Вы просто не поймете, насколько сильным или слабым является ваш цикл.

Последний цикл солнечной активности

SILSO data/image, Royal Observatory of Belgium, Brussels

Единственный способ такого сравнения - это посчитать число пятен, причем точно тем же методом и по точно той же формуле, что и 200 лет назад. Хотя возможно, что лет через 500, когда будут накоплены значительные ряды новых данных о числе вспышек, о потоках радиоизлучения, ряд чисел пятен окончательно утратит актуальность и сохранится лишь как часть истории астрономии. Пока же это не так.

Знание природы солнечного цикла позволяет делать некоторые предсказания о числе и расположении пятен на Солнце и даже точно определить момент, когда начинается новый солнечный цикл. Последнее утверждение может показаться сомнительным, так как в ситуации, когда число пятен снизилось почти до нуля, кажется невозможным уверенно утверждать, что пятно, которое было вчера, относилось к предыдущему циклу, а пятно сегодня - уже часть нового цикла. Тем не менее такой способ есть, и он связан именно со знанием природы цикла.

Так как солнечные пятна возникают в тех местах, где поверхность Солнца пробивают линии тороидального магнитного поля, то каждому пятну можно присвоить некую магнитную полярность - просто по направлению магнитного поля. Пятно может быть «северным» или «южным». Более того, так как трубка магнитного поля должна пробивать поверхность Солнца в двух местах, то и пятна должны преимущественно образовываться парами. При этом пятно, образовавшееся в месте, где линии тороидального поля выходят из поверхности, будет иметь северную полярность, а парное ему пятно, образовавшееся там, где линии уходят обратно - южную.

Поскольку тороидальное поле опоясывает Солнце как кольцо и направлено горизонтально, то и пары пятен ориентированы на диске Солнца преимущественно горизонтально, то есть располагаются на одной широте, но одно впереди другого. А так как направление линий поля во всех пятнах будет одинаковое (они ведь образованы одним магнитным кольцом), то и полярности всех пятен будут ориентированы одинаково. Например, первое, ведущее, пятно во всех парах будет северным, а второе, отстающее, южным.

Структура магнитных полей в районе солнечных пятен

Такой шаблон будет поддерживаться все время, пока существует данное кольцо поля, то есть все 11 лет. В другом же полушарии Солнца, где располагается симметричное второе кольцо поля, полярности также будут сохраняться все 11 лет, но иметь обратную направленность - первые пятна будут наоборот южными, а вторые - северными.

Что же происходит, когда меняется солнечный цикл? А происходит достаточно удивительная вещь, называемая переполюсовкой. Северный и южный магнитные полюса Солнца меняются местами, а вместе с ними меняется и направление тороидального магнитного поля. Сначала это поле проходит через ноль, это-то и называется солнечным минимумом, а затем начинает восстанавливаться, но уже с другим направлением. Если в предыдущем цикле передние пятна в каком-то полушарии Солнца имели северную полярность, то в новом цикле они уже будут иметь южную. Это и позволяет отличить друг от друга пятна соседних циклов и уверенно зафиксировать момент, когда начинается новый цикл.

Если же возвратиться к событиям на Солнце прямо сейчас, то мы наблюдаем процесс умирания тороидального поля 24-го солнечного цикла. Остатки этого поля все еще существуют под поверхностью и даже иногда всплывают наверх (в эти дни мы видим отдельные слабые пятна), но в целом это последние следы умирающего «солнечного лета», как отдельные последние теплые дни в ноябре. Несомненно, что уже в ближайшие месяцы это поле окончательно умрет и солнечный цикл достигнет очередного минимума.