научная статья по теме РЯДЫ КЛАССИЧЕСКИХ ИНДЕКСОВ СОЛНЕЧНОЙ АКТИВНОСТИ: КИСЛОВОДСКИЕ ДАННЫЕ Астрономия

Текст научной статьи на тему «РЯДЫ КЛАССИЧЕСКИХ ИНДЕКСОВ СОЛНЕЧНОЙ АКТИВНОСТИ: КИСЛОВОДСКИЕ ДАННЫЕ»

АСТРОНОМИЧЕСКИЙ ВЕСТНИК, 2007, том 41, № 1, с. 86-91

УДК 523.982

РЯДЫ КЛАССИЧЕСКИХ ИНДЕКСОВ СОЛНЕЧНОЙ АКТИВНОСТИ:

КИСЛОВОДСКИЕ ДАННЫЕ

© 2007 г. Ю. А. Наговицын, В. В. Макарова, Е. Ю. Наговицына

Главная (Пулковская) астрономическая обсерватория РАН, Санкт-Петербург

Поступила в редакцию 15.12.2005 г.

Приведены данные о рядах индексов солнечной активности - числах Вольфа Ж и суммарных площадях пятен 5", - получаемых в Кисловодске, на Горной станции Пулковской обсерватории. Акцентируется проблема корректного продолжения 133-летнего цюрихского ряда Ж и 102-летнего гринвичского ряда 5, прекращенных в 1980 и 1976 гг. соответственно. Подчеркивается, что до настоящего времени кисловодские данные сохраняют взаимную однородность с классическими рядами, и именно они предпочтительны для продолжения. Рассматриваемый вопрос принципиально важен для исследований изменений активности Солнца на больших шкалах времени и связанных с ними процессов в системе Солнце-Земля.

PACS: 96.60.qd, 96.60.Q-

ВВЕДЕНИЕ

Классические временнытые ряды индексов солнечной активности представлены, в первую очередь, рядами относительного числа и суммарной площади солнечных пятен, которые получают из данных прямых наземных наблюдений Солнца в белом свете. Главным преимуществом этих рядов является предельная простота и дешевизна технологии получения, которая обеспечивает им уникальную социально-экономическую устойчивость. На основе именно этих рядов проведено большинство классических и современных исследований солнечной цикличности, открыты ее закономерности, предложены методы прогноза активности Солнца в будущем. Новые высокотехнологичные, объективные физические индексы еще долгое время будут анализироваться с привязкой к рядам классических индексов, ставших, в сущности, универсальным способом описания уровня магнитной активности Солнца на понятном всем специалистам языке. Очевидно, что долговременные ряды наблюдений представляют также особую ценность для науки в целом, особенно в аспектах многообразных солнечно-земных связей. К сожалению, в течение последних 25-30 лет существуют определенные факторы угрозы стабильности и однородности классических рядов солнечной активности. Этой проблеме, от решения которой зависит корректность и успешность будущих исследований, в том числе на больших временных шкалах, посвящена данная работа.

ОТНОСИТЕЛЬНОЕ ЧИСЛО СОЛНЕЧНЫХ ПЯТЕН

В 1848 г., сразу после того, как Г. Швабе открыл солнечную цикличность, Р. Вольф в Цю-

рихской обсерватории (Швейцария) начал долгосрочную программу регулярных наблюдений запятненности Солнца, которую он предложил измерять индексом относительного числа пятен (числом Вольфа):

Ж = к ( 10 £ + /), (1)

где £ - число групп пятен,/- число пятен, к - коэффициент перехода от некоторой системы наблюдений к цюрихской (в 1894 г., при Вольфере, преемнике Вольфа, для Цюриха было принято к = 0.6). В ходе выполнения программы особое внимание было уделено корректности стыковки индивидуальных рядов индекса наблюдателей: в период смены основного наблюдателя предпринимались специальные меры для обеспечения однородности принятой системы. В общей сложности, программа Вольфа просуществовала в Цюрихе более 130 лет. За это время, кроме того, были обобщены данные разрозненных наблюдений XVIII - первой половины XIX вв. В результате, к концу 1970-х годов XX в. исследователи солнечной активности имели в своем распоряжении однородный 280-летний ряд цюрихских чисел Вольфа Ж2.

В конце 1980 г. наблюдения WZ в Цюрихе были прекращены, а программу перенесли в Бельгийскую королевскую обсерваторию в Уккле (Брюссель, Бельгия). Продолженный там ряд наблюдений чисел Вольфа был назван международным рядом Щ. Естественно, эти перемены, выглядевшие слишком поспешными и недостаточно продуманными, встревожили ряд специалистов. В 1985 г. М. Гневышев и др. рассмотрели вопрос об однородности рядов чисел Вольфа различных обсерваторий, участвующих в миро-

вой Службе Солнца, и их соответствии цюрихскому ряду. Были проанализированы данные 15 ведущих обсерваторий, внесших наибольший вклад в 1957-1976 гг. Исследование проводилось с помощью 6 различных статистических параметров, так или иначе характеризующих соответствие системы оригинальных рядов основной - цюрихской - системе в смысле взаимной однородности. Было найдено, что именно кисловодский ряд Wк (после необходимых редукций, так как шкалы различных рядов сильно варьируют) способен наиболее полноценно заменить WZ. (В скобках заметим, что с этой точки зрения и, по крайней мере, в рассмотренный период времени, брюссельский ряд, действительно, не оказался среди лучших кандидатов на данное место.)

В следующей работе тех же авторов (Гневышев и др., 1986) было показано, что в 1981-1984 гг. система международного ряда чисел Вольфа значимо отличалась от цюрихской. Поэтому были предложены формулы перехода от среднемесячных значений Wк к WZ для получения WKZ - чисел Вольфа в цюрихской системе на основе кисло-водских данных:

Г0.680 WK + 0.00072 WK, WK < 180,

Wкz = Г " 2 ' , (2)

10.933 Wк - 0.00069 WK, Wк > 180.

Также был опубликован сам ряд числа Вольфа в цюрихской системе WKZ до 1985 г. включительно. По поводу формулы (2) необходимо сделать следующее замечание. Как мы видим, она нелинейна. Эта неизменно проявляющаяся нелинейность перехода от одной системы наблюдений W к другой является, по нашему мнению, прямым следствием субъективного характера подсчета чисел Вольфа. Действительно, мы знаем, что, во-первых, существуют, по крайней мере, три подхода к подсчету W при наблюдениях Солнца (Витинский и др., 1986). Во-вторых, даже в рамках цюрихского ряда имели место коррекции системы (Наговицын, 2005), которые, вероятно, отражали стремление наблюдателей "объективизировать" индекс. А в-третьих, связь числа Вольфа с так называемыми "первичными индексами" активности нелинейна (Витинский и др., 1986), и вследствие различия коэффициентов этой связи у разных обсерваторий нелинейность обязана проявляться и в соотношениях W различных наблюдательных рядов.

В настоящее время международный ряд чисел Вольфа строится путем объединения наблюдений различных обсерваторий в единую систему, в качестве которой выбрана система Локарно (одна из трех основных станций цюрихской программы до 1981 г.). Однако Гневышев и др. (1985) показали, что попытка улучшить какой-либо ряд W путем его синтеза с другими рядами может, наоборот, ухудшить его в смысле стабильности си-

стемы. Например, объединенный пулковский ряд

(не путать с оригинальным кисловодским WK) значимо изменил свою систему в конце 1950-х годов, когда китайские обсерватории вышли из сотрудничества по программе Службы Солнца СССР. Т.е. объединение данных различных обсерваторий, уменьшая, конечно, случайные ошибки измерений, увеличивает вероятность сбоев самой системы. Поэтому в долговременных программах подсчета W предпочтительно использовать один оригинальный ряд с малым числом лакун в наблюдениях и однородной системой, которая обеспечивается единственностью основного наблюдателя и специальными мерами преемственности при его смене. Это именно то, что и было предложено Р. Вольфом изначально.

Исходя из этого, можно понять, почему на роль продолжателя уникального цюрихского ряда среди всех, рассмотренных Гневышевым и др. (1985), наиболее подходит именно кисловодский ряд. Во-первых, Кисловодская горная станция обеспечивает рекордное число дней в году с наблюдениями фотосферы (~340). Во-вторых, однозначность связи WKZ и WZ обеспечена корреляцией 99%. В-третьих, почти 60-летний ряд WK создан всего двумя основными наблюдателями - Р. Гне-вышевой (1949-1976 гг.) и В. Макаровой (с 1976 г. по настоящее время), подобно тому, как 130-летний ряд WZ был создан всего четырьмя основными наблюдателями.

Табл. 1 содержит ряд WKZ(t) - "кисловодское продолжение" цюрихского ряда после 1985 г., значения WKZ(t) до 1985 г. были опубликованы ранее Гневышевым и др. (1986). Рис. 1 позволяет сравнить кисловодскую WKZ(t) и брюссельскую WI(t) версии продолжения цюрихского ряда (ряды среднемесячных значений сглажены по 12 точкам).

Можно видеть, что значения международного ряда в самом его начале сильно занижены: в эпоху второго максимума цикла № 21 (1981-1982 гг.) относительная невязка чисел Вольфа А1, ^ =

Wкz - WI

=-—-х 100% достигает +12% (!), превращая

"I

двухвершинную форму цикла в одновершинную. Это подтверждает и американский ряд относительного числа пятен, и ряд радиопотока на X = 10.7 см (тесно коррелирующий с Ж), которые также показывают четкий двойной пик в цикле № 21 (Гневышев и др., 1986). В дальнейшем, как видно из рис. 1, невязка А1, ^ была нестабильна и даже противоположна по знаку в максимумах циклов № 22 и № 23 (от -10% в цикле № 22 до +6% в цикле № 23). Следовательно, для корректного продления цюрихского ряда WZ после его завершения в 1980 г. и до настоящего времени по-прежнему целесообразно использовать редуцированный по (2) кисловодский ряд WKZ (табл. 1).

Таблица 1. Среднемесячные числа Вольфа в цюрихской системе на основе кисловодских данных

Месяц Год I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Среднее

1986 2.0 22.5 13.2 12.5 13.2 0 13.9 6.9 2.7 29.8 7.6 4.8 10.8

1987 6.9 1.4 13.9 37.3 24.9 13.9 29.8 32.8 26.9 44.9 26.9 18.9 23.2

1988 44.9 32.8 63.0 76.9 51.9 86.0 90.3 100.6 95.4 112.0 99.7 95.4 79.1

1989 147.0 154.4 119.1 125.4 140.1 185.4 118.2 136.4 132.7 147.6 157.0 158.3 143.5

1990 165.5 114.6 145.7 155.7 145.7 111.1 142.9 174.4 119.1 139.2 100.6 132.7 137.3

1991 111.1 160.3 136.4 137.3 120.0 166.1 162.9 147.0 112.0 125.4 104.0 131.8 134.5

1992 129.1 147.0 106.7 90.3 68.7 62.2 95.4 66.2 55.8 87.7 85.2 73.6 89.0

1993 55.1 77.7 69.5 56.6 51.1 41.1 61.4 42.6 18.9 49.6 28.4 44.9 49.7

1994 49.6 38.8 34.3 17.5 18.2 25.4 35.8 21.8 26.9 47.2 18.2 19.6 29.4

1995 21.0 27.6 31.3 12.5 13.9 13.9 14.6 12.5 11.1 24.0 8.3 8.3 16.6

1996 10.4 6.2 9.0 3.4 5.5 10.4 9.7 8.3 2.7 0 21.0 9.7 8.0

1997 4.1 9.0 8.3 15.3 18.9 14.6 11.8 26.9 50.3 24.0 40.3 34.3 21.5

1998 31.3 36.6 69.5 61.4 49.6 73.6 71.1 86.0 83.5 43.4 67.0 82.7 63.0

1999 63.8 70.3 75.2 72.7 104.0 143

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