научная статья по теме КОМПЛЕКСЫ АКТИВНОСТИ НА СОЛНЦЕ Науковедение

Текст научной статьи на тему «КОМПЛЕКСЫ АКТИВНОСТИ НА СОЛНЦЕ»

КОМПЛЕКСЫ АКТИВНОСТИ

НА СОЛНЦЕ

Доктор физико-математических наук Сергей ЯЗЕВ, директор астрономической обсерватории Иркутского государственного университета, старший научный сотрудник Института солнечно-земной физики СО РАН (Иркутск)

Знаменательную дату в истории астрономии — 400-летие первых наблюдений звездного неба с использованием телескопа — отмечали в 2009 г. Пионерами были Галилео Галилей в Италии, Иоганн Гольдшмидт (Фабрициус) в Голландии, Томас Гарриот в Англии и Христофор Шейнер в Германии. Благодаря оптическим приборам еще в начале XVII в. удалось открыть темные пятна на Солнце и подтвердить, что это образования на светиле, а не планеты, при своем движении по орбитам оказавшиеся на линии Солнце-Земля.

Много позже выяснилось, что пятна причастны, по крайней мере, к трем уровням организации солнечной активности. Один из них и стал предметом нашего интереса.

ПЯТНА И АКТИВНЫЕ ДОЛГОТЫ

За четыре века ученые подробно изучили феномен солнечных пятен. В начале ХХ в. американский астроном Джордж Эллери Хэйл сделал два выдающихся открытия, касающихся этих грандиозных по земным меркам образований. Во-первых, спектральные наблюдения показали, что температура в пятнах существенно ниже, чем в окружающей фотосфере (видимом излучающем поверхностном слое) Солнца, различия составляют 1000—1500 К и более. Во-вторых, в них присутствуют сильные магнитные поля,

собственно, и являющиеся их основой. Затрудняя конвекцию (перенос теплоты восходящими потоками плазмы), магнитные поля приводят к уменьшению выхода энергии из недр звезды и, соответственно, к уменьшению температуры и относительному падению яркости этих образований. В крупных пятнах выделяется центральная, наиболее темная часть — «тень», охваченная более светлой кольцевой областью — «полутенью». В тенях магнитные поля преимущественно вертикальны, в полутенях — квазиго-ризонтальны.

Пятна на Солнце 13 мая 2013 г. Снимок астрономической обсерватории ИГУ.

С помощью регулярных наблюдений удалось выявить ряд существенных свойств солнечных пятен, в частности установить, что они появляются, как правило, не по одному, а группами. Последние существенно различаются по площади, конфигурации и числу отдельных пятен, при этом возможны быстрые и существенные изменения всех параметров группы. Статистика показала: эти формирования в преобладающем большинстве живут недолго; 90 % из них существуют менее 11 суток, а более половины — менее двух дней. Пятна возникают не дальше 35—40° от экватора звезды, при этом первые группы нового 11-летнего цикла солнечной активности рождаются вблизи высокоширотной границы указанной зоны. Последующие, по мере развития цикла, формируются ближе к экватору.

В современной литературе термин «группа пятен» используют нечасто. Как правило, применяют более широкое понятие — «активная область» (АО). Она включает в себя не только пятна, но весь комплекс образований, с ними связанных, — яркие факелы на фотосфере и флоккулы в хромосфере*, зону возмущенной структуры последней, окружающую группу пятен, а также корональные структуры (системы магнитных петель), вздымающиеся высоко в корону. Давно известно, что за редкими исключениями именно в активных областях происходят солнечные вспышки. Физической основой АО является ее магнитное поле, в ряде случаев обладающее очень сложной структурой.

Обратимся теперь к распределению групп пятен по долготе — оно, на первый взгляд, выглядит хаотич-

*Флоккулы — яркие образования в хромосфере Солнца; хромосфера — горячий разреженный слой атмосферы Солнца толщиной около 10 000 км, расположенный над фотосферой (прим. ред.).

ным. Этого, казалось бы, и следует ожидать, поскольку априори нет никаких оснований полагать, что какие-то долготы Солнца должны отличаться от других. Плазменный шар светила представляется осе-симметричным, и все долготы должны быть с этой точки зрения равноправными — во всяком случае, при усреднении по временам, существенно большим, чем средняя продолжительность жизни единичной группы пятен.

Но на практике дело обстоит иначе. При суммировании числа или общей площади групп пятен за длительный период времени, т.е. на протяжении одного, двух и более циклов, обнаруживается, что на определенных интервалах долгот пятна систематически возникают в больших количествах (либо с большими площадями), чем по соседству. Такие интервалы получили название «активных долгот» . Изучением этого феномена на протяжении многих лет занимался кандидат физико-математических наук Юрий Витинский (Главная (Пулковская) астрономическая обсерватория РАН).

Сами активные долготы как таковые известны давно, хотя по-прежнему вызывают некоторое недоумение. Строго говоря, причина их существования все еще не ясна. Одна из гипотез, предложенная в 1997 г. группой финских астрофизиков и развитая доктором физико-математических наук Леонидом Кичатиновым совместно с доктором физико-математических наук Александром Мордвиновым (Институт солнечно-земной физики (ИСЗФ) СО РАН), заключается в том, что в лучистом ядре Солнца существует реликтовое неосесимметричное магнитное поле. Взаимодействуя с осесимметричным, оно должно приводить к наблюдаемым явлениям северно-южной асимметрии солнечной активности и

переменности высоты соседних циклов. Эта интересная гипотеза не является общепризнанной. Другая версия предполагает существование в зоне генерации пятен неосесимметричного осциллятора (колеблющейся системы), обеспечивающего последовательную активизацию двух пар антиподальных активных долгот.

Таким образом, традиционно выделяются два основных уровня организации солнечной активности: активные области как основной ее «кирпичик» и активные долготы как долгоживущие зоны преимущественного образования активных областей. Теперь, когда свойства указанных уровней кратко перечислены, перейдем к описанию свойств еще одного, промежуточного.

ТРЕТИЙ УРОВЕНЬ

Он был обнаружен исследователями в 1960-е годы, но долго ему не уделялось должного внимания, а данные о нем не систематизировались. Суть феномена в том, что на одном и том же участке солнечной поверхности длительное время (на протяжении нескольких месяцев) может наблюдаться непрерыв-

Телескоп «Цейсс-150» астрономической обсерватории ИГУ.

ное пятнообразование. При этом речь идет не о единичной долгоживущей активной области: здесь одни из них возникают, другие исчезают, а в целом система долгоживущего магнитного поля существует значительно дольше типичного времени жизни отдельной активной области. Возникающие как последовательно, так и одновременно, эти индивидуальные активные области нельзя считать в полной мере независимыми: их локальные магнитные поля входят в единую систему общего поля.

Такие крупномасштабные (хотя и меньше активных долгот) образования получили название комплексов активности (КА), само же это понятие ввели в 1965 г. чешский астрофизик Вацлав Бумба (иностранный член АН СССР с 1988 г.) и гелиофизик Роберт Ховард (США). Надо заметить, что многие исследователи и ранее обращали внимание на некие участки солнечной поверхности, где регулярно возобновлялась активность в форме появления пятен. Феномен рассматривался с разных точек зрения и обозначался разными терминами. Например, в 1948 г. доктор физико-математических наук Морис Эйгенсон (обсерватория Львовского университета, Украина) назвал явление «импульсом активности». Другие авторы определяли его как «гнезда пятен», «пульсирующие очаги пятно-образования» и т.д.

В дальнейшем свойства отдельных КА подробно рассматривали многие исследователи, как зарубежные, так и отечественные — из Института земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн (ИЗМИРАН) им. Н.В. Пушкова РАН (Троицк), Государственного астрономического института им. П.К. Штернберга МГУ, Главной астрономической обсерватории РАН, Института солнечно-земной физики СО РАН, Астрономического института им. Улугбека АН Узбекистана и др. При этом предлагались разные подходы для описания феномена. В данной статье речь пойдет о результатах, полученных иркутской школой гелиофизиков из Института солнечно-земной физики СО РАН и астрономической обсерватории Иркутского государственного университета. Основы подхода были заложены доктором физико-математических наук Валерием Баниным (1930-1998) из ИСЗФ СО РАН совместно с автором настоящей статьи.

По результатам анализа изображений Солнца в свете линии водорода Н-альфа можно представить комплекс активности в виде гигантского пятна, в котором роль центральной части — «ядра» — играет одна или несколько активных областей, объединенных общей системой магнитного поля. Наиболее близкий аналог — пятно с так называемой «дельта-конфигурацией». В пределах одной «полутени» в них могут сосуществовать несколько фрагментов «тени», причем обеих магнитных полярностей. Как и в тени пятна, в ядре комплекса активности магнитные полярности перемешаны, а магнитное поле (рассма-

Группа солнечных пятен № 11520 12 июля 2012 г. Автор снимка Алан Фридман (http://apod.nasa.gov).

триваемое на больших пространственных масштабах) направлено преимущественно вертикально. Само ядро охвачено широким кольцом из волоконец (фибрилл), расположенных квазигоризонтально и преимущественно радиально к нему. Фибриллы наглядно демонстрируют направление магнитного поля, подобно металлическим опилкам в эксперименте на школьном уроке физики.

Такое «суперпятно» (комплекс активности) может существовать достаточно долго: от трех месяцев до года и дольше. Ядро его проявляется в виде зоны постоянного пятнообразования. В нем могут последовательно либо одновременно возникать и распадаться десятки активных областей.

По своей «архитектуре» комплексы активности разделяются на одно- и многоядерные. В пределах общей «полутени» наблюдаются до 3—4 ядер КА, связанных между собой высокими арками магнитного поля. Иногда подобные гигантские КА охватывают по долготе почти половину Солнца. В ряде случаев удается выявить «ветвь» ядра — активную область, существующую относительно недолго, но также связанную с ядром указанными арками.

Статистика, основанная на данных о текущем 24-м цикле солнечной активно

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