Солнечная активность

Солнечная атмосфера весьма неспокойна. Еще задолго до изобретения телескопа люди замечали на Солнце темные пятна. Теперь известно, что это - относительно холодные образования в фотосфере неправильной тарелкообразной формы с очень сильными магнитными полями, напряженность которых может достигать нескольких тысяч эрстед. Солнечные пятна обычно появляются группами в широтных зонах от 35 до 5° по обе стороны от солнечного экватора. Продолжительность их существования колеблется от нескольких часов до нескольких месяцев. Солнечные пятна тесно связаны с другими образованиями в солнечной атмосфере - факелами, флоккулами, хромосферными вспышками и т. д. Как правило, они появляются в так называемых активных областях. В течение большей части времени своего существования (от нескольких недель до 100-200 суток) активные области, по-видимому, являются источниками корпускулярных потоков, более сильных, чем солнечный ветер. Есть все основания считать, что они увеличивают также и электромагнитное излучение Солнца, особенно в области коротких и длинных волн.

Увеличение корпускулярного и электромагнитного излучений особенно резко возрастает при хромосферных вспышках - процессах взрывоподобного характера, имеющих место в верхней хромосфере или короне. Появляются вспышки обычно над более яркими, чем фотосфера, местами - факельными площадками, или факелами. Плотность вещества в местах вспышки значительно превышает ее в окружающих областях хромосферы. Вспышки существуют от нескольких минут до нескольких часов. Из области сильной хромосферной вспышки выбрасывается поток корпускул со скоростью около 1000 км/сек, который при определенной ориентации через сутки-двое попадает к Земле и вызывает магнитную бурю, нарушение радиосвязи, полярное сияние и другие геофизические явления. Во время вспышки сильно возрастает интенсивность рентгеновского и радиоволнового излучений, а также интенсивность ряда эмиссионных линий, относящихся к ультрафиолетовой и видимой областям солнечного спектра. Полная энергия, которая выделяется при сильной хромосферной вспышке в виде различного рода излучений, составляет 10³¹-10³² эрг.

Весь комплекс вышеописанных нестационарных явлений в солнечной атмосфере называется солнечной активностью. Для количественной характеристики ее используют различные индексы. Наиболее распространенным из них является число Вольфа, которое считается пропорциональным сумме общего числа пятен (f) и удесятеренного числа их групп (g)

Коэффициент пропорциональности k зависит от разрешающей способности телескопа, с помощью которого производятся наблюдения. Для геофизиков солнечные пятна представляют интерес лишь потому, что их характеристики - числа Вольфа - хорошо коррелируют с той частью излучения Солнца, которая оказывает то или иное влияние на земные процессы.

Числа Вольфа обнаруживают колебания во времени с периодом около 11 лет. Оказывается, что это колебание свойственно не только солнечным пятнам, но и другим проявлениям солнечной активности. Поэтому данное колебание называют 11-летним циклом солнечной активности. Рис. 35, на котором представлена зависимость чисел Вольфа от времени, иллюстрирует отмеченную закономерность. Он показывает, что продолжительность отдельных периодов может изменяться от 7 до 17 лет.

Рис. 35. Изменение чисел Вольфа со временем

Числа Вольфа во время минимума солнечной активности меняются ото дня ко дню от 0 до 11, а во время максимума - от 40 до 190. В 1957-1958 гг. числа W превышали 200. Это объясняется тем, что в эту эпоху наблюдался и максимум 11-летнего цикла, и максимум предполагаемого 80-90-летнего цикла солнечной активности, о котором будет сказано ниже. Интересно, что в течение 11-летнего цикла меняется не только число солнечных пятен на солнечном диске, но и положение их зоны образования. В начале цикла относительно узкие зоны образования солнечных пятен лежат в обоих полушариях Солнца около параллелей ±35°. По мере развития цикла они постепенно расширяются и смещаются к экватору. Максимальное число пятен и наибольшее расширение зоны их образования наблюдается около параллелей ±15°. В дальнейшем число пятен уменьшается, а зоны их образования сужаются. Минимум как для числа пятен, так и для ширины зон имеет место, когда зоны образования пятен лежат в обоих полушариях около параллелей ±5°.

Изучение магнитной полярности солнечных пятен привело к открытию 22-летнего (магнитного) цикла. В чем же проявляется этот цикл?

Как уже было отмечено, пятна появляются на солнечном диске преимущественно группами. В каждой такой группе полярность западных пятен обратна полярности восточных. В течение всего рассматриваемого 11-летнего цикла все западные пятна групп имеют какую-либо одну полярность в северном полушарии Солнца и обратную - в южном. То же самое справедливо и для восточных пятен, у которых полярность всегда противоположна полярности западных пятен. В следующем 11-летнем цикле полярность западных и восточных пятен меняется на обратную, т. е. весь порядок поляризаций становится противоположным. Таким образом, повторение порядка поляризации отдельных пятен в группах происходит в среднем через 22 года.

Рассмотрение скользящих 11- и 22-летних средних значений чисел Вольфа (см. рис. 35) указывает на наличие колебания с периодами около 80-90 лет. Это колебание хорошо выявляется при рассмотрении индексов, характеризующих мощность явлений солнечной активности. Однако достоверность его в настоящее время не доказана, так как наблюдения солнечных пятен производились всего лишь в течение последних 250 лет.

Недавно была обнаружена высокая корреляция между радиоизлучением Солнца в сантиметровом и дециметровом диапазонах и солнечной активностью. В связи с этим некоторые ученые используют в качестве индекса солнечной активности величину интенсивности радиоизлучения Солнца на волне 10 см.

Исследования земных проявлений солнечной активности обнаруживают 27-дневный период. Такое колебание интенсивности солнечно-земных связей возникает из-за того, что вследствие вращения Солнца вокруг своей оси и движения Земли вокруг Солнца, расположение активных областей на солнечном диске может повторяться через 27 дней. Это будет иметь место, если время жизни активных областей превысит период вращения Солнца вокруг его оси (для земного наблюдателя - 27 дней). Следовательно, через 27 дней Земля может облучаться одними и теми же областями Солнца, что и вызовет в той или иной степени ритмичность в земных процессах.