1 Солнце и солнечная активность С. А. Красоткин 1, Э. В. Кононович 2



Скачать 10.61 Mb.
страница1/18
Дата22.06.2019
Размер10.61 Mb.
#106321
ТипГлава
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   18

Глава

2.1

Солнце и солнечная активность

С.А. Красоткин1, Э.В. Кононович2

1 Научно-исследовательский институт ядерной физики им. Д.В. Скобельцына
Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова
Москва, 119992, Ленинские горы, ул. Лебедева, 1.
2 Государственный астрономический институт им. П.К. Штернберга
Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова
Москва, 119992, Университетский проспект, 13.


Абстракт Рассмотрены основные понятия современной физики Солнца, базисные сведения о строении Солнца и солнечной активности, представлены соответствующие процессы и описаны их механизмы. Проанализированы физические процессы и характеристики основных свойств солнечного вещества.

Ключевые слова: Солнце, солнечная активность, активная область, цикл солнечной активности, солнечная цикличность

1. ВВЕДЕНИЕ


В настоящее время физика Солнца, накопившая в течение ХХ столетия огромный фактический материал, создавшая богатый теоретический базис со смежными астрономическими и геофизическими дисциплинами, вышла на рубеж поиска конкретных механизмов солнечных воздействий на наиболее тонкие геофизические процессы, вплоть до метеорологических и биофизических. В этих условиях солнечная активность, природа которой в целом все еще весьма загадочна, должна быть исследована на качественно новом уровне, позволяющем максимально полно использовать имеющиеся данные.

Накопленные на сегодня наблюдения различных проявлений солнечной активности однозначно указывают на то, что солнечная активность есть глобальный процесс, охватывающий практически все слои Солнца. Для понимания структуры и динамики солнечной цикличности, для разработки конкретных физических моделей большое значение имеет изучение вариаций глобальных индексов солнечной активности. Сопоставление на разных временных масштабах вариаций самых различных проявлений солнечной активности позволяет не только изучать их внутреннюю взаимосвязь для более глубокого понимания хода ее развития, но и для более точного ее прогнозирования.

Работы по изучению явлений солнечной активности и ее воздействия на различные, в том числе и чрезвычайного характера, процессы на Земле, проводятся во всех развитых странах мира. С начала освоения космического пространства, выдвижения на первый план проблем устойчивого развития, роль и значение этих исследований сильно возросли. Существуют глобальные сети обсерваторий и международные космические программы по изучению Солнца и солнечной активности, занимающиеся наблюдениями и обработкой данных, относящихся к этой проблеме. Вместе с тем, феноменология солнечных активных областей в ее современном понимании разработана слабо. Для характеристик активных областей широко используются в основном лишь качественные классификации. Практически полное отсутствие количественных характеристик, интегрально, в целом, характеризующих активную область как систему, сильно затрудняет адекватное понимание активной области как физического явления.

Анализ существующих рядов наблюдений индексов солнечной активности, даже относительно длинных (например, чисел Вольфа), осложнен такими факторами, как нестационарность, внутренняя неоднородность, нерегулярность определения, наличие значительных ошибок, из-за чего многие свойства солнечной цикличности все еще недостаточно изучены и нуждаются в более детальном рассмотрении.

Развитие теории солнечных активных областей поставило задачу получения сопоставимых с ней результатов наблюдения. Данные современных наблюдений обычно описывают солнечную активность либо глобально (числа Вольфа, радиопоток, поток рентгеновского излучения и др.), либо локально и подробно (наблюдения отдельных структурных элементов, образующих активную область). В теоретических работах обычно качественно, а иногда и количественно, описывается развитие именно активных областей как основных проявлений активности Солнца. Параметры, описывающие состояние наблюдаемого слоя (например, фотосферы) на масштабах, характерных для активной области, представляются полезными. Рассмотрение отдельных активных областей на характерных для них масштабах, т.е. как цельных образований, объединяющих более мелкие структурные элементы, могло бы предоставить возможность сравнения результатов современных наблюдений с существующими теориями.

Одной из важнейших проблем в исследованиях Солнца является выявление и анализ закономерностей вариаций солнечной активности на различных временных масштабах. Временная шкала таких вариаций заключена в очень широких пределах – от нескольких секунд до сотен и тысяч лет.

Характерную особенность Солнца составляют проявления активности в его атмосфере. Как правило, они сравнительно медленно (в течение времени порядка многих суток) развиваются в виде комплекса множества взаимосвязанных процессов, на определенных стадиях нарушаемых различными быстрыми (с характерным временем в минуты и десятки минут), часто имеющими взрывной характер, явлениями. Активность Солнца (и связанная с ней вариация солнечного электромагнитного излучения) во многом определяет свойства различных оболочек Земли, и в первую очередь ее магнитосферы и ионосферы. Понимание всего этого комплекса явлений невозможно без выяснения наиболее общих свойств и параметров всех проявлений солнечной активности, определенным образом локализованных в пространстве и времени, а также совокупности этих явлений, определяющей центры солнечной активности. Участки солнечной атмосферы, занимаемые центрами солнечной активности, называются активными областями. Цикл солнечной активности наблюдается по проявлениям отдельно взятых активных областей. Можно надеяться извлечь информацию о солнечном цикле, изучая характерные свойства активных областей на фоне невозмущенной атмосферы, используя при этом наиболее общие методы, применимые к самым доступным видам наблюдений.

В последнее десятилетие осуществляются попытки создания количественного описания общих (интегральных) свойств солнечных магнитных структур по их проявлениям в форме активных областей. Наблюдения, выполненные за последние десятилетия благодаря применению новых инструментальных методов, позволили обнаружить аналогичные явления и на других звездах. Магнитные структуры, такие как группы солнечных пятен, являются важным составным элементом областей, в которых протекают нестационарные процессы, сопровождаемые выбросами вещества и активными выделениями энергии. Важно, что солнечные активные области образуются на фоне невозмущенной атмосферы. При этом как бы возникают две существенно различные фазы состояния солнечной плазмы: спокойная и активная. Поэтому состояние активности отличается от спокойного не только в энергетическом, но и в информационно-структурном смысле: активные участки характеризуются возникновением и сложным взаимодействием магнитоплазменных структур разных масштабов и, как следствие, нестационарностью.

Определение характеристик солнечных активных областей в процессе их эволюции, начиная с возникновения, включая рост и развитие, и заканчивая диссипацией, имеет большое значение для поиска новых подходов к прогнозу геоэффективных проявлений солнечной активности.

Важный вклад в общий уровень солнечной активности вносят долгопериодические составляющие, в частности, вековая, вкладом которой, в основном, определяются высоты 11-летних циклов. При этом единой точки зрения на метод выделения этой составляющей не существует. Относительно небольшие временные ряды индексов активности также затрудняют анализ вековых вариаций солнечной активности.

В последние годы все большее внимание уделяется поиску и изучению так называемых квазидвухлетних вариаций (КДВ) солнечной активности, периоды которых расположены в диапазоне от 1.5 до 3.5 – 4 лет. Актуальность исследования КДВ определяется как значительным их вкладом в общий уровень активности (~10%), так и необходимостью долгосрочного прогнозирования солнечной активности, поскольку без учета закономерностей короткопериодических вариаций невозможно точное и своевременное прогнозирование как солнечных, так и солнечнообусловленных геоэффективных явлений, имеющее важное прикладное значение. Все более очевидной становится и связь этих вариаций с механизмами, лежащими в основе активности Солнца.

Хотя существенные результаты в исследовании периодичностей (и квазипериодичностей) на указанных временных масштабах были получены лишь в последние десятилетия, вплоть до недавнего времени само существование некоторых периодичностей ставилось под сомнением, а некоторые были и вовсе неизвестны. Это объясняется значительными трудностями в выявлении и интерпретации таких вариаций. Каждая из таких периодичностей представляет собой существенно нестационарный процесс, у которого все основные параметры (амплитуда, фаза, период и форма) сложным образом меняются со временем. Кроме того, результаты сильно зависят от применяемой методики обработки исходных данных. Возможность проведения детальных исследований в этой области появилась лишь недавно, после получения набора достаточно достоверных рядов индексов солнечной активности и создания специальных методов обработки. Дальнейшее исследование короткопериодических вариаций имеет фундаментальное значение как для понимания природы 11-летней цикличности, так и самого феномена солнечной активности.

Также в последнее время получил развитие анализ интегральных параметров, характеризующих текущее состояние активной области как физического объекта в целом, т.е. на макроскопическом уровне. Это – строгий и удобный инструмент для количественных исследований в области морфологии солнечных активных областей. Интегральные параметры имеют четкий физический смысл, а их величины могут быть выражены в любых удобных единицах, и, таким образом, полученные с его помощью результаты являются количественной основой для построения физически осмысленной морфологии активных областей и для исследования временного поведения соответствующих магнитоплазменных структур. При дальнейшем развитии метода интегральных характеристик одной из важных задач является получение минимального (по числу) набора параметров, однозначно количественно характеризующего текущее состояние активной области. Решение этой задачи позволяет получить количественную классификацию состояний активных областей, что может дать основу для построения феноменологической теории эволюции состояний активной области. Другой важной задачей является поиск возможных инвариантов активных областей, а ее решение связано с проблемой существования различных типов активных областей на Солнце.

Благодаря появлению в последнее десятилетие высокоточных наблюдений, выполненных с применением новых инструментов, стало возможным получить новые существенные результаты, относящиеся к природе солнечных активных областей.



Каталог: model
model -> Общие положения 1Назначение Модели угроз 8
model -> Проект ниох со ран «Фундаментальные основы создания органических и гибридных наноструктурированных материалов для фотоники, сенсорики, электроники»
model -> Изложение двигатель, коробка передач и полный привод Ходовая часть нового Porsche Cayenne 14
model -> Материалы и инструменты
model -> Деятельности музея муниципального образования ульяновской области
model -> Масштабные изменения в структуре нашего общества привели к увеличению количества проблем воспитания детей во многих семьях, вследствие чего возникает острая необходимость в пересмотре системы воспитания детей в целом, а именно

Скачать 10.61 Mb.

Поделитесь с Вашими друзьями:
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   18




База данных защищена авторским правом ©vossta.ru 2022
обратиться к администрации

    Главная страница