ГЕОМАГНЕТИЗМ И АЭРОНОМИЯ, 2004, том 44, № 6, с. 723-733
УДК 523.62-726
ДИНАМИКА ОТКРЫТОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ СОЛНЦА В 1996-2003 гг. И ЕЕ ОСОБЕННОСТИ В ЗОНЕ ГЛАВНЫХ АКТИВНЫХ ДОЛГОТ
© 2004 г. К. Г. Иванов, А. Ф. Харшиладзе
Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн РАН, Троицк
(Московская обл.)
Поступила в редакцию 01.04.2004 г.
Рассмотрена динамика открытых магнитных полей Солнца (корональных и их фотосферных источников) за первые восемь лет (1996-2003 гг.) текущего, 23-го, цикла солнечной активности. Подчеркиваются особенности этой динамики в одной из главных долготных зон активного пятнообразова-ния. Выделены семь последовательных интервалов специфической для каждого интервала динамики открытых полей с распределением их по фазам и между опорными точками 11-летнего цикла. На фазы роста и спада приходятся по два последовательных интервала. В зоне активных долгот обнаружены существенные особенности структуры, конфигурации и динамики открытых полей на всех выделенных интервалах (начало цикла именно в этой зоне, образование твердотельно- и ускоренно вращающихся секторных границ, вариации магнитных потоков, ведущие к глобальной перестройке секторной структуры). В интервалах "проникновения" (фаза роста), "перестройки" и "ста-билизаций" (фаза спада) наблюдалось 85% всех геомагнитных экстрабурь, из них 60% - от источников в зоне активных долгот.
1. ВВЕДЕНИЕ
Сферический гармонический анализ магнитного поля Солнца с поверхностью источника позволяет строить модели открытого поля Солнца, удобные для сопоставления с экспериментальными данными по межпланетному магнитному полю и крупномасштабному фоновому полю фотосферы [Levine, 1977, 1978, 1982; Levine et al., 1977; Hoeksema и Sherrer, 1986; Ананьев и Обридко, 1999; Обридко и Шельтинг, 2000; Ivanov и Obridko, 1999; Obridko и Shelting, 2000; Sanderson et al., 2003].
Одним из перспективных направлений является совместное исследование фотосферных и корональных отображений открытого поля во временной динамике с шагом, равным одному солнечному обороту. В этом случае обнаруживаются быстрые изменения положения, формы и размеров фотосферных областей открытого поля, допускающие предположение о взаимодействии в ансамбле этих областей [Иванов и др., 2001; Иванов и Харшиладзе, 2002]. Кроме того, феноменология открытых полей в целом не исключает гипотезу о том, что это взаимодействие представляет собой конкуренцию надфотосферных сил отталкивания магнитных трубок и сил инерции дифференциального вращения, действующих на их под-фотосферные участки [Иванов и Харшиладзе, 2004]. Обнаружено также, что в первую половину текущего, 23-го, цикла активности ряд замечательных явлений в динамике открытого поля, сопровождавшихся рекуррентными сериями сол-
нечно-земных экстрабурь, происходил в зоне кэр-рингтоновских долгот CL = 300-60° [Ivanov et al., 2002; Иванов, 2003; Иванов и Харшиладзе, 2004], известной как одна из главных зон активного пят-нообразования в большинстве циклов прошлого столетия [Витинский и др., 1986].
Цель данной статьи - дать общий обзор динамики открытого поля за первые восемь лет (1996-2003 гг.) текущего цикла с акцентом на ее особенности в зоне активных долгот. Ниже дано описание семи последовательных интервалов специфической для каждого интервала динамики открытого поля: начало цикла в фотосферных источниках; тенденция к преимущественному вторжению отрицательных полей южного полушария в северное; квазиоднородное проникновение открытых полей в противоположные полушария; прорыв фотосферных источников открытого поля к полюсам противоположной полярности; частичная и полная переполюсовка открытого поля; глобальные перестройки двухсекторных структур открытого поля в четырехсекторные и восстановление двухсекторных структур; устойчивая двухсекторная структура открытого поля.
2. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ И МЕТОДЫ
Использовались наблюдения фотосферного магнитного поля на Wilcox Solar Observatory (ht-tp://quake.stanford.edu/~wso). По этим данным определялись коэффициенты ряда Гаусса с помощью оригинальной программы ISOPAK [Ivanov
1904
15.01.96 3.01 28.12 ..........................
^ ^
+
^^ . * 1 _____,_^
11111 1 1 1 1
N (-60°
12.02.96
1905 30.01 24.01
+ —" ^^ _
.........
0
60° Б
N 60°
0
60° Б
28.06.96
1910 15.06
9.06
+
_ """"""
N
60° Б
90
180 еь
270
360
Рис. 1. Секторная структура и фотосферные источника (точки) открытого магнитного поля Солнца. Фаза минимума: Керрингтоновский оборот 1904 - опорная точка абсолютного минимума; 1905 - начало низкоширотной активности фотосферных источников в зоне активных долгот; 1910 - возникновение изгиба секторной границы.
et я1., 1993], строились карты открытого поля на поверхности источника и совмещались с картами соответствующих фотосферных источников. Программа позволяет также определять субструктуру открытого поля [Ivanov et я1., 2001] и его магнитные потоки [Иванов и Харшиладзе, 2004]. Динамику секторной структуры открытого поля от оборота к обороту в любой долготной зоне можно также проследить, начиная с 20-го цикла [Hoeksema, Sherrer, 1986] и вплоть до настоящего времени по указанному выше интернет-адресу. Нас особенно интересует определенный интервал кэррингтоновских долгот 300-60° ^ и его ближайшие восточные окрестности (240-300 Кроме того, мы хотели бы увязать динамику секторной структуры в интересующий нас восьмилетний период (1996-2003 гг.) с динамикой ее фотосферных источников. Оказалось, что весь этот период допускает разбиение на семь последовательных интервалов со специфическими характе-
ристиками структуры, конфигурации и динамики открытого поля. Ниже приводятся результаты исследования каждого интервала.
3. СЕМЬ ИНТЕРВАЛОВ ДИНАМИКИ ОТКРЫТОГО ПОЛЯ В ТЕКУЩЕМ ЦИКЛЕ СОЛНЕЧНОЙ АКТИВНОСТИ
3.1. Начало цикла в фотосферных источниках
открытого поля. Квазитвердотельный
фрагмент секторной границы в зоне активных долгот (СЯ 1903-1919; 3.01.1996 г.-15.02.1997 г.)
На рис. 1 показаны фотосферные источники и соответствующие корональные поля на поверхности источника в оборотах CR 1904 и 1905. На CR 1904 все источники сосредоточены в полярных шапках (источники положительных полей - в северной шапке), что соответствует минимуму в 11-ти летнем цикле открытого поля. Уже на следующем обороте появляются первые низкоширотные источники и начинается новый 23-й цикл активности открытого поля, пока только в рассматриваемой нами зоне активных долгот.
В последующих оборотах (CR 1906-1910) в этой зоне (и только в ней) формируется приэкваториальный изгиб секторной границы, вращающийся квазитвердотельно, и особенно четко выраженный на CR 1910-1919 (пример CR 1910 на рис. 1). В табл. 1 даны отношения магнитных потоков в субсекторах, образовывавших этот изгиб. Поток в отрицательном, восточном, субсекторе превышал поток в западном положительном. Это отношение дважды (CR 1912 и1917) достигает максимумов и затем уменьшается до минимальных. В последнем случае в минимуме (CR 1919) потоки выравниваются и резкий изгиб исчезает. Еще одной замечательной особенностью этого интервала является то, что вплоть до CR 1915 низкоширотные фотосферные источники открытого поля возникали только в зоне активных долгот и ее восточных окрестностях (240-60°).
3.2. Тенденция преимущественного вторжения отрицательных открытых полей из южного
полушария в северное (СЯ 19191-1934, 15.02.1997 г. -3.03.1998 г.)
Уже в начале цикла (предыдущий интервал) возникла слабая тенденция к неравномерному распределению открытых полей по полусферам. Так в пяти оборотах из пятнадцати (CR 1906, 1908, 1909, 1915, 1916) наблюдалось преимущественное вторжение отрицательных полей из южного полушария в северное. В данном интервале эта тенденция резко усиливается: уже в 12-ти из 16-ти оборотов площади северного полушария, "захваченные" отрицательными полями, мигрировавшими из южного полушария, заметно больше, чем площади южного, захваченные положи-
0
0
тельными полями северного (пример СЯ 1924 на рис. 2).
Начиная с СЯ 1927 (рис. 2) этой тенденции противодействует спорадическое появление неустойчивого резкого изгиба секторной границы в восточных окрестностях зоны активных долгот. Этот изгиб по форме и положению подобен изгибу, наблюдавшемуся в начале цикла (рис. 1). Структура открытого поля на траектории гелиопроекции Земли крайне неустойчива, будучи по-преимуще-ству четырехсекторной в первой половине интервала и двухсекторной в конце (СЯ 1930-1934).
3.3. Квазиравномерное проникновение открытых полей в противоположные полушария. Четырехсекторная структура (СЯ 1934-1943; 3103.1998 „.-02.12.1998 „.)
Начиная с СЯ 1935 (рис. 3), площади, охваченные полями противоположной полярности, почти выравниваются, и до СЯ 1943 существует хорошо выраженная четырехсекторная структура с постепенным глубоким, вплоть до умеренных широт, проникновением открытых полей в противоположные полушария. Одновременно имело место систематическое смещение открытых полей (фотосферных источников и секторной структуры с запада на восток). Всего за семь оборотов (СЯ 1935-1942) это смещение достигло 360°С (рис. 3), что соответствует очень медленному вра-
Таблица 1. Отношение потоков открытого магнитного поля в субсекторах, образовавших "твердотельный" изгиб секторной границы в зоне активных долгот в
начале цикла
NN СЯ МЕ / NN СЯ
1910 8 1915
1911 ? 1916
1912 18 1917
1913 10 1918
1914 6 1919
МЕ / Ицт
12
?
21 4 1
Примечание: Ме , М^ - потоки восточного и западного субсекторов соответственно; СЯ - кэрригнотоновский оборот.
щению открытых полей с периодом Т - 30 сут, существенно большим синодического периода.
3.4. Прорыв открытых полей к противоположным полюсам (СЯ 1943-1951, 02.12.1998 „.-08.07.1999 „.)
В начале этого интервала (СЯ 1943-1947) открытые поля быстро дрейфуют в направлении противоположных полюсов (отрицательные - к северному, положительные к южному), причем больших широт достигают отрицательные поля. Секторная структура сильно деформируется, поворачивается в целом почасовой стрелке, стано-
14.07.97
1924
1.07 25.06
1111111111111 + ^ 1 11111111111 *
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.