АСТРОНОМИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ, 2015, том 92, № 3, с. 260-269
УДК 523.98
КОМПЛЕКСЫ АКТИВНОСТИ НА СОЛНЦЕ В 24-м ЦИКЛЕ СОЛНЕЧНОЙ АКТИВНОСТИ
© 2015 г. С. А. Язев*
Иркутский государственный университет, Иркутск, Россия Институт солнечно-земной физики Сибирского отделения Российской академии наук, Иркутск, Россия
Поступила в редакцию 27.08.2014 г.; принята в печать 24.09.2014 г.
Представлены результаты исследования комплексов активности на Солнце в период с 2009 г. по июль 2014 г. Обсуждается определение комплекса активности, рассмотрены закономерности изменения индексов, описывающих мощность комплексов активности, и закономерности пространственно-временного распределения комплексов активности на солнечной поверхности. Показано, что развитие комплексов активности в 24-м цикле отличается высокой степенью северо-южной асимметрии. Новые комплексы активности имеют тенденцию к возникновению вблизи уже существующих структур (в пределах 20°—70°), формируясь одновременно с последними либо вскоре после их исчезновения (спустя 1—4 кэррингтоновских оборота). Приведены аргументы в пользу того, что именно динамика комплексов активности определяет особенности развития цикла, выраженные в индексах чисел Вольфа.
DOI: 10.7868/Б000462991503007Х
1. ВВЕДЕНИЕ
Изучению комплексов активности (КА) на Солнце посвящено большое количество работ. Разные авторы используют различные представления о содержании термина "комплекс активности". Поэтому прежде чем переходить к изложению результатов изучения КА в 24-м цикле солнечной активности, необходимо определить сам объект исследования. В настоящей работе, в соответствии с [1], комплексом активности называется особый участок на Солнце, где на протяжении длительного времени (несколько солнечных оборотов) развивается сложная крупномасштабная магнитная структура, в составе которой могут возникать, как последовательно, так и одновременно, активные области (АО).
Указание на участок поверхности в достаточной мере условно, поскольку система магнитных полей КА простирается как высоко в корону, так и глубоко в конвективную зону Солнца.
Используемое здесь определение указывает на особые свойства рассматриваемого участка Солнца, где как минимум облегчено или как максимум причинно обусловлено постоянное формирование новых порций всплывающего магнитного потока. При таком рассмотрении отдельные АО являются локальными частными проявлениями (элементами)
E-mail: syazev@gmail.com
крупномасштабной и долгоживущей физической системы КА. Общее количество АО, входящих в общую магнитную систему КА, может достигать нескольких десятков [2—4]. Появление новых АО происходит в виде последовательных дискретных инжекций новых порций магнитного потока в магнитную структуру КА. В период максимума цикла солнечной активности идентификация отдельных КА оказывается проблематичной, поскольку может наблюдаться целый замкнутый широтный пояс из физически связанных корональными петельными структурами АО, охватывающий все долготы [5].
Основу КА составляют ядра КА — области постоянного пятноообразования в центре КА. Ядро КА может содержать несколько групп пятен. При наблюдениях в хромосферных линиях оно охвачено кольцом возмущенной хромосферы, площадь которого, как правило, сопоставима с площадью ядра КА. КА могут быть одноядерными либо многоядерными (в последнем случае 2—4 области постоянного пятнообразования находятся менее чем в 30 гелиографических градусах друг от друга, охвачены общей зоной возмущенной хромосферы и соединены между собой высокими корональны-ми арками). Особый интерес к КА привлекает то обстоятельство, что они являются основными источниками геоэффективных возмущений на Земле. Именно здесь происходит до 95% вспышек, генерирующих наиболее сильные потоки протонов на орбите Земли [1, 6]. Низкоширотные корональные
дыры, являющиеся источниками геоэффективного высокоскоростного солнечного ветра, тесно связаны с КА [7-8].
В настоящей работе приведены результаты исследования КА в текущем 11-летнем цикле № 24, начиная от первых структур, появившихся в цикле, до КА, наблюдавшихся в июле 2014 г.
2. МЕТОДИКА ПЛОЩАДОК ДЛИТЕЛЬНОЙ АКТИВНОСТИ
Для количественного описания КА использована методика площадок длительной активности, разработанная В.Г. Баниным совместно с автором [9-10]. Характер вращения КА близок к твердотельному, поэтому в кэррингтоновской системе координат смещения КА от оборота к обороту малы. Это свойство используется для идентификации так называемых площадок длительной активности, пространственно соответствующих ядрам КА. Метод определения ядер КА [9-10] состоит в том, что на поверхности Солнца выделяются площадки размером 20 х 20 гелиографических градусов, в пределах которых на протяжении не менее трех последовательных кэррингтоновских оборотов подряд наблюдаются солнечные пятна [1,9-10]. Такие площадки пространственно примерно совпадают с ядрами КА. Описанный подход позволяет локализовать ядра КА на солнечной поверхности.
Для описания ядер КА в кэррингтоновском обороте c номером г введен индекс мощности КА рг. Величина рг может принимать одно из шести значений: 0.5, 1.0, 1.5 Е. 3. Величина рг — 0.5 соответствует ситуации, когда в пределах площадок длительной активности наблюдается небольшая группа пор или небольшое пятно. Редкая ситуация для рг — 3 соответствует гигантской сложной группе пятен, как правило, превышающей размеры площадки, с суммарной площадью более 2000 м.д.п. (миллионных долей полусферы). Подробнее шкала значений индекса рг приведена в [1]. В каждом обороте каждому ядру КА присваивается значение индекса рг, соответствующее уровню максимального развития пятен в ядре КА.
Общий уровень развития КА в кэррингтонов-ском обороте с номером г может быть выражен суммой значений рг для всех существующих в этом обороте ядер КА - отдельно для северного (ргп) и южного (ргз) полушарий:
р.
р гп
Р»
ргп
^Рг*.
Cуммарный уровень мощности КА в данном обороте равен
Рг — Ргп + Ргв.
В качестве еще одного индекса удобно использовать количество ядер КА, существующих в данном обороте, отдельно по полушариям и на всей поверхности Солнца (Йгз, Й*, Й). Описанная методика применена для идентификации КА в текущем 24-м цикле солнечной активности. Всего в период с января 2009 г. по июль 2014 г. выделено 36 ядер КА в северном полушарии Солнца и 35 -в южном. Для всех ядер КА в каждом кэрринг-тоновском обороте определено значение индексов Рг. Для каждого оборота вычислены индексы Рг, Рп и Р*. Результаты анализа данных, выраженных в значениях индексов Р и N, приводятся ниже.
3. ОБЩИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ КА В 24-м ЦИКЛЕ
Первый КА в северном полушарии появился через 13 оборотов после минимума 23-24-го циклов, в южном - через 21 оборот. Аналогичные задержки по отношению к точкам минимума составили 9 и 9 оборотов в цикле № 22 и 16 и 23 оборота в цикле № 23, соответственно.
Анализ данных о КА, систематизированных в виде каталога, позволил выявить ряд закономерностей, касающихся развития КА на фазах роста и максимума 24-го цикла.
На рис. 1 показано, как менялось со временем общее количество групп пятен, наблюдавшихся на солнечном диске, от оборота к обороту на протяжении первых 73 оборотов Солнца в 24-м цикле Швабе-Вольфа (кривая А). Время указано в кэррингтоновских оборотах, отсчитываемых от оборота 2078, который соответствует началу цикла № 24. Кривая Б демонстрирует вариации числа групп пятен, развивавшихся в ядрах комплексов активности. Их доля менялась от нуля до максимального значения 0.84 (в 2125-м обороте; июнь-июль 2012 г.); в среднем за весь анализируемый период эта доля составила около 0.4. Таким образом, около 40% от общего количества наблюдавшихся групп пятен возникали и развивались в составе ядер комплексов активности.
Количество ядер КА Йг существенно менялось в течение цикла (рис. 2). На фазе роста цикла этот параметр изменялся импульсно (продолжительность импульса составляла 6-8 оборотов). По мере развития цикла амплитуда импульсов выросла до значения 10 (40-й оборот цикла, № 2117, ноябрь-декабрь 2011 г.). После этого максимума число ядер КА Йг упало в среднем до 6 (от 3 до 8). Такая ситуация наблюдалась на протяжении почти 20 оборотов. Затем последовал очередной мощный импульс активности КА (начиная с 62-го оборота цикла, № 2139, июль 2013 г.). В ходе этого импульса, максимального в цикле, число одновременно существующих ядер, идентифицированных в
и
Рис. 1. Пятенная активность на стадии роста 24-го цикла. Кривая А — общее количество групп пятен на Солнце, кривая Б — число групп пятен в составе ядер комплексов активности. N — число кэррингтоновских оборотов, начиная с 2078.
Рис. 2. Пооборотное количество ядер КА N на Солнце в 24-м цикле Швабе—Вольфа. Ыг — число кэррингтоновских оборотов, начиная с 2078.
соответствии с описанным выше методом, достигло значения 11 (2142-й оборот, октябрь 2013 г.). Если во время первого максимума параметр Щ, достигнув значения 10, сразу резко упал, то во втором максимуме число ядер КА держалось на уровне 10—11 на протяжении 5 оборотов.
На рис. 3 приведены пооборотные числа N и N для ядер КА в северном и южном полушариях, при этом количеству ядер КА в южном полушарии приписаны отрицательные значения для наглядности графика.
Налицо существенная северо-южная асимметрия в динамике КА. Развитие активности КА на
фазе роста цикла обусловливалось в основном ростом числа КА в северном полушарии. После ярко выраженного импульса в 37—40-м оборотах от начала цикла (соответствующие кэррингтонов-ские номера 2214—2217) произошел спад активности северных КА; их число уже не поднималось выше 4, иногда падая до 2. Зато, начиная с 42-го (2125) оборота, стала все более значительно проявляться активность КА в южном полушарии. В этом полушарии, начиная с 2125-го оборота, последовали три импульса активности с нарастающей амплитудой. Импульс, начавшийся с 64-го (2141) оборота, был самым мощным в цикле. В 67-м
мп, N
8 г
-4
-12
............
я
N
Рис. 3. Количество ядер КА на фазе роста 24-го цикла. Положительные значения Ып соответствуют северному полушарию, отрицательные значения Ыа — со
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.