научная статья по теме ФОРБУШ-ПОНИЖЕНИЯ 19-ГО ЦИКЛА СОЛНЕЧНОЙ АКТИВНОСТИ Физика

Текст научной статьи на тему «ФОРБУШ-ПОНИЖЕНИЯ 19-ГО ЦИКЛА СОЛНЕЧНОЙ АКТИВНОСТИ»

ИЗВЕСТИЯ РАН. СЕРИЯ ФИЗИЧЕСКАЯ, 2013, том 77, № 5, с. 599-601

УДК 524.1-352

ФОРБУШ-ПОНИЖЕНИЯ 19-го ЦИКЛА СОЛНЕЧНОЙ АКТИВНОСТИ © 2013 г. А. А. Абунин, М. А. Абунина, А. В. Белов, Е. А. Ерошенко, В. А. Оленёва, В. Г. Янке

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн имени Н.В. Пушкова РАН (ИЗМИРАН), Троицк

E-mail: abunin@izmiran.ru

В 19-м цикле наблюдалась аномально высокая солнечная активность, но возможности ее наблюдения были ограничены. Наземные наблюдения космических лучей наряду с геомагнитной активностью среди тех немногих видов непрерывных наблюдений, которые позволяют судить о событиях 19-го цикла и сравнивать их с событиями других циклов. Сопоставление событий в космических лучах с солнечной и геомагнитной активностью показало, что количество и мощность магнитных бурь в 19-м цикле соответствует аномально высокому числу солнечных пятен. Однако в этом цикле существует определенный дефицит форбуш-понижений большой величины. Возможно, что наиболее мощные выбросы 19-го цикла имели в целом меньший размер, чем самые большие выбросы более позднего периода.

DOI: 10.7868/S0367676513050037

ВВЕДЕНИЕ

19-й цикл был одним из самых необычных циклов солнечной активности. Во-первых, ни в каком другом цикле за последние 250 лет на Солнце не было столько пятен. Максимум 19-го цикла почти вдвое превосходит максимум среднего цикла (рис. 1). Во-вторых, именно в начале данного цикла наблюдалось самое большое наземное возрастание солнечных космических лучей (КЛ), которому уделено много внимания в ряде работ (см., например, [1—4]). И, хотя с тех пор были зарегистрированы сотни протонных событий и десятки GLE, все они на порядок и более уступают данному событию. В-третьих, в сентябре 1957 г. наблюдалась самая высокая среднемесячная геомагнитная активность за последние 72 года, а из трех самых активных месяцев два принадлежат именно 19-му циклу. В-четвертых, на этот цикл приходится 1/3 часть всех исключительно больших (extreme) геомагнитных бурь (ГМБ), произошедших в семи последних циклах. Все эти факты дают возможность утверждать, что в 19-м цикле Солнце было особенно активно, и если мы хотим знать, насколько опасными могут быть проявления солнечной активности, то обязаны возвращаться к событиям именно этого цикла. К сожалению, об этом цикле мы знаем гораздо меньше, чем о последующих циклах. В нем практически не было измерений солнечного ветра, наблюдений рентгеновских и гамма-вспышек, данных о CME/ICME и т.д., но велись непрерывные наземные наблюдения КЛ, которые при таких условиях являются основным источником информации о возмущениях в межпланетной среде. В частности, форбуш-понижения (ФП) дают, пожалуй, самую непосредственную информацию о межпланетных

возмущениях, обусловленных СМЕ и высокоскоростными потоками солнечной плазмы из коро-нальных дыр.

В данной работе мы исследуем ФП 19-го цикла, сопоставляем их с ГМБ и с событиями более поздних циклов и пытаемся получить новые данные об 1СМЕ, которые в 19-м цикле не наблюдались, но, разумеется, существовали.

ДАННЫЕ И МЕТОДИКА

Работа основывается на двух источниках информации по КЛ. К первому источнику относится база данных ФП и межпланетных возмущений (ЭВБЕ) [5, 6], которая содержит ~6500 событий и охватывает более чем полувековой период наблю-

Число солнечных пятен 200 150 100 50 0

1690 1970 1980 1990 2000 2010

Годы

Рис. 1. Числа солнечных пятен, а также самые большие форбуш-понижения и геомагнитные бури за пять последних полных циклов солнечной активности (19—23 циклы).

600

АБУНИН и др.

Величина ФП (DBFE), %

16 а

14 -

12 -

10 - □

5 □ " □

6

4 Рг? П

2 , 1 □

4

6

8

10 12

14

Величина ФП (Z-каталог), %

Количество событий 70

60 50 40 30 20

10

0 Форбуш-эффекты (>5%) • ГМБ класса severe и extreme

60 80 100 120 140 160 180 200 Максимальное число солнечных пятен

Рис. 2. Панель а — сопоставление событий из базы данных ОББЕ и каталога форбуш-понижений Локву-да (Х-каталог). Панель б — количество событий с амплитудой форбуш-понижения Ар > 5% (О) и интенсивностью геомагнитной бури с Кр > 8_ (•) в пяти последних полных циклах солнечной активности (19— 23 циклы).

дений (1957—2011 гг.). Она включает в себя данные по вариациям плотности и анизотропии КЛ, информацию по солнечным, межпланетным и геомагнитным характеристикам. В ней КЛ представлены результатами глобальной съемки по данным всей мировой сети нейтронных мониторов для жесткости 10 ГВ, а информация по солнечному ветру взята из базы данных OMNI (http://omni-web.gsfc.nasa.gov). Ко второму источнику относится каталог ФП, созданный Локвудом [7] (Z-каталог), который основан на данных одной станции КЛ (Mt. Washington) и содержит достаточно большие ФП (с величиной >3%). Разумеется, нельзя механически объединить два каталога ФП, поскольку они во многом различаются: в использовании детекторов, типах данных, в способах выделения и отбора событий и т.д. Сопоставление ФП из двух

каталогов показало, что величины одних и тех же событий в них могут существенно различаться (см. рис. 2а).

АНАЛИЗИРУЕМЫЕ ПАРАМЕТРЫ

Основываясь на наличии данных в обоих источниках по 19-му циклу, все события были разбиты на две части. Так как в базе данных DBFE содержится информация по ФП с 01/07/1957, а в L-каталоге — с 01/04/1954, то к первой части событий 19-го цикла были отнесены события с 01/04/1954 по 01/07/1957, а ко второй - с 01/07/1957 по 31/12/1964. В результате было выявлено, что из первой части 19-го цикла L-ката-лог содержит 10 событий, а из второй — 60. На основании этого можно предположить, что в полном 19-м цикле было в 7/6 раз больше событий, чем мы насчитали с июля 1957 года, используя базу данных DBFE. Отметим, что самое большое ФП из ранних событий L-каталога (AFL = 7.5%) было зарегистрировано в 1956 г., которому соответствовало ФП с Af = 8% из DBFE (см. линию регрессии на рис. 2а). Таким образом, увеличение числа событий не должно распространяться на ФП с большой амплитудой (AF > 8%). В результате 19-му циклу в таблице соответствуют два столбца. Столбец 19 включает в себя количество событий, которые реально наблюдались с июля 1957 г., а столбец 19с - количество событий с учетом описанных выше поправок (увеличивающих количество событий в 7/6 раз для AF < 8%). Если расположить все события, произошедшие за последние 55 лет, в порядке убывания величины ФП, то в первом десятке событий окажется только один представитель 19-го цикла с AF ~ 16.1% (12/11/1960), причем на последнем десятом месте. Отметим, что его профиль был сильно искажен двумя GLE. Серия других больших ФП наблюдалась в июле 1959 г. и неоднократно рассматривалась в ряде работ (см., например, [8]). Еще одним примером большого ФП (Af = 11%) из 19-го цикле является событие, произошедшее в марте 1960 г. Всего за 7 дней на Землю пришло пять ударных волн. Действительно, в 19-м цикле события наблюдались с высокой частотой.

Таблица и рис. 1 показывают, что 19-й цикл отличается от других циклов как количеством пятен, так и количеством ГМБ класса extreme (19 цикл = = 7 бурь, другие циклы <3 бурь). Похожая картина и с ГМБ следующей по мощности категории (severe). Естественно было бы ожидать, что-то похожее и от ФП, но это не так. Количество ФП с Af > 5% в 19-м цикле почти такое же, как в 21-м и 22-м, и явно меньше, чем в 23-м цикле — и это при том, что в 19-м цикле было почти в 2 раза больше ГМБ класса severe и extreme, чем в других циклах. Что касается ФП с AF> 10%, то здесь 19-й цикл

ИЗВЕСТИЯ РАН. СЕРИЯ ФИЗИЧЕСКАЯ том 77 № 5 2013

ФОРБУШ-ПОНИЖЕНИЯ 19-го ЦИКЛА СОЛНЕЧНОЙ АКТИВНОСТИ 601

Геомагнитные бури и форбуш-понижения за последние пять полных циклов солнечной активности (19—23 циклы)

Циклы 19 19c 20 21 22 23

Все геомагнитные бури (ГМБ) 621 - 499 588 538 487

Слабые (minor, Kp = 5) 317 - 294 308 283 272

Умеренные (moderate, Kp = 6) 168 - 119 173 152 119

Большие (strong, Kp = 7) 72 - 49 73 72 60

Очень большие (severe, Kp = 8, 9_) 57 - 34 32 30 33

Исключительные (extreme, Kp = 9) 7 - 3 3 1 3

ФП (Af > 1%) 435* 508 631 593 586 635

ФП (Af > 3%) 71* 83 102 94 123 110

ФП (Af > 5%) 35* 41 23 35 38 50

ФП (Af > 10%) 10 10 2 2 7 7

ФП (Af > 15%) 1 1 1 2 6 1

выделяется, но не столь явно, как для ГМБ. Если же говорить о гигантских ФП в КЛ (с AF > 15%), то в этой выборке выделяется вовсе не 19-й, а 22-й цикл (см. рис. 2б). Отметим, что все большие ФП сопровождались интенсивными ГМБ, причем, как минимум, класса strong, а две из них были класса extreme. Кроме того, все ГМБ класса extreme 19-го цикла пришлись на период после июля 1957 г. (т.е. относятся ко второй части цикла), поэтому 19-й цикл в этом сравнении представлен полностью.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведенного анализа мы пришли к заключению, что методические различия и различия в межпланетных возмущениях могут повлиять на характеристики ФП, но это влияние не того рода, чтобы объяснить дефицит больших ФП в период высокой солнечной и геомагнитной активности. Это означает, что ICME 19-го цикла чем-то отличались от более поздних выбросов и это отличие существенно для модуляции КЛ. Кроме того, это отличие должно по-разному сказываться на модуляции и геомагнитной активности. Главными характеристиками ICME, влияющими на уровень геомагнитной активности, являются скорость солнечного ветра и величина Bz компоненты межпланетного магнитного поля. Большое количество ГМБ класса severe и extreme ясно свидетельствует о том, что в 19-м цикле было много ICME с высокой скоростью и сильным магнитным полем. Эти же характеристики обычно определяют и глубину ФП. Разница в том, что

для величины ФП важен еще и размер возмущения. При прочих равных условиях: чем больше размер ICME, тем больше должно быть ФП, им созданное. Мощность же ГМБ от размеров ICME не зависит. Эти рассуждения заставляют предположить, что размеры выбросов в 19-м цикле были в целом меньше чем размеры ICME в более поздних циклах.

Работа частично поддержана программами Президиума РАН № 10 "Фундаментальные свойства материи и астрофизика" и № 22 "Фундаментальные процессы исследова

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.

Показать целиком