>Saulės ciklas
Naršyti saulės ciklas: Saulės aktyvumo ciklo aprašymas, vidutinis laikas, 11 metų Saulės periodas, Galilėjaus vaidmuo, saulės dėmių tyrimas, žvaigždžių grafikas.
Saulės ciklas- tai įvairių reiškinių, vykstančių Saulės atmosferoje ir apimančių gana didelius plotus, daugiau nei kelių tūkstančių kilometrų skersmens, kompleksas, kuriam būdingi gana dideli atitinkamų saulės sluoksnių fizinių savybių pokyčiai laikui bėgant. atmosfera. Saulės aktyvumas – tai visuma fizinių reiškinių, kuriuos lydi įvairių saulės aktyvumo parametrų pokyčiai ir kurie registruojami įvairiomis stebėjimo priemonėmis.
Saulės veiklos ypatumas yra ciklų, pirmiausia vienuolikos metų, buvimas joje, nors apskritai jų diapazonas yra labai platus - nuo kelių minučių iki daugelio šimtmečių. Per daugelį saulės aktyvumo pokyčių metų stebimas 11 metų cikliškumas, nors yra ir nukrypimų nuo vidutinės ciklo trukmės. Pavyzdžiui, paskutinių 15 ciklų trukmė svyravo nuo 7 iki 17 metų. Dabar 11 metų, 22 metų (arba dvigubai), 30–40 metų (arba Bricknerio), 80–90 metų (šimtmečio), 500 metų ir 1800–1900 metų saulės aktyvumo ciklai vadinami patikimai nustatytais. .
1610 m. Galilėjus Galilėjus tapo pirmuoju žmogumi Europoje, pradėjusiu stebėti savo teleskopu, taip pradėdamas reguliarius saulės ciklų stebėjimus, kurie tęsiasi daugiau nei keturis šimtus metų. Po 130 metų, 1749 m., viena seniausių Europos observatorijų, įsikūrusi Ciuricho mieste (Šveicarija), pradėjo kasdienius dėmių stebėjimus. Iš pradžių jie buvo tiesiog skaičiuojami ir eskizuojami, o vėliau imta fotografuoti Saulės paviršių. Iki šiol daugybė saulės stočių nuolat stebi ir registruoja visus saulės paviršiaus pokyčius.
Dažnai saulės ciklą lemia saulės dėmių skaičius vienai saulei, kurios pagrindinė charakteristika yra specialus indeksas, vadinamas Vilko skaičiumi. Norint apskaičiuoti šį indeksą, reikia atlikti keletą operacijų. Pirmiausia reikia suskaičiuoti saulės dėmių grupių skaičių, tada šį skaičių padauginti iš 10 ir pridėti prie jo atskirų saulės dėmių skaičių. Skaičius 10 yra koeficientas, kuris maždaug atitinka vidutinį dėmių skaičių vienoje grupėje; Toks algoritmas leidžia gana tiksliai nustatyti saulės dėmių skaičių net ir tais atvejais, kai nepalankios stebėjimo sąlygos neleidžia tiesiogiai suskaičiuoti visų mažų saulės dėmių. Analizuojant tokių skaičiavimų rezultatus ilgą laiką (nuo 1749 m.), paaiškėja, kad saulės dėmių skaičius periodiškai kinta, todėl susidaro Saulės aktyvumo ciklas, kurio laikotarpis yra maždaug 11 metų.
Verta paminėti, kad dabar yra mažiausiai 2 organizacijos, kurios stebi saulės ciklą ir skaičiuoja saulės dėmių skaičių nepriklausomai viena nuo kitos. Pirmoji organizacija – Belgijos Saulės dėmių indekso duomenų centras, kuris nustato vadinamąjį. Tarptautinis saulės dėmės numeris. Be to, skaičiuojant saulės dėmių skaičių dalyvauja ir JAV nacionalinė vandenynų ir atmosferos administracija. Šios organizacijos nustatytas saulės dėmių skaičius vadinamas NOAA saulės dėmių skaičiumi.
Kai kurie ankstyviausi saulės dėmių stebėjimai XVII amžiaus pabaigoje parodė, kad Saulė tuo metu išgyveno neįprastai mažo aktyvumo laikotarpį. Pasak ekspertų, šis laikotarpis truko nuo 1645 iki 1715 m. To meto stebėjimai nebuvo atliekami taip detaliai kaip šiuolaikiniai, tačiau nepaisant to, Saulės aktyvumo ciklo praėjimo per itin gilų minimumą faktas laikomas patikimai įrodytu. Šis laikotarpis atitinka unikalų klimato etapą planetos istorijoje, kuris vadinamas „mažuoju ledynmečiu“. Vienas iš pagrindinių šio laikotarpio bruožų yra upių užšalimas žemose platumose ir neįprastai ilga, dažnai ištisus metus, sniego danga vidutinio klimato zonose. Mokslininkai neatmeta, kad panašių ar net ilgesnių itin žemo Saulės aktyvumo laikotarpių galėjo būti ir tolimoje praeityje, o tai turėjo didelės įtakos Žemės klimatui įvairiais geologiniais ir istoriniais laikotarpiais.
1874 metais Anglijoje, Grinvičo karališkojoje observatorijoje, pradėtos stebėti žvaigždės saulės dėmės. Atliekant šiuos stebėjimus buvo atsižvelgta ne tik į dėmių skaičių, bet ir nustatytas jų dydis, taip pat jų padėtis saulės diske. Ši informacija leido nustatyti, kad dėmės Saulės paviršiuje pasiskirsto netolygiai, tačiau daugiausia susidaro dviejose juostose, iš kurių viena yra į šiaurę, o kita į pietus nuo Saulės pusiaujo. Atstumas tarp šių saulės dėmių juostų skiriasi priklausomai nuo saulės ciklo. Pačioje ciklo pradžioje saulės dėmės atsiranda didelėse platumose, t.y. dideliu atstumu nuo Saulės pusiaujo, o tada saulės dėmių susidarymo juostos pamažu pradeda artėti viena prie kitos ir ciklo pabaigoje praktiškai susiliečia. su pusiauju. Nubraižę saulės dėmių vietos priklausomybę nuo disko laiko, galima gauti gerai žinomą diagramą, kuri atrodo kaip drugelio sparnai ir vadinama „drugelio diagrama“. Saulės dėmės – tai itin stiprių magnetinių laukų zonos, todėl remiantis stebėjimo duomenimis apie saulės magnetinius laukus galima sudaryti panašią diagramą.
Saulė pastaruoju metu buvo neįprastai „tyli“. Veiklos stokos priežastis atskleidžiama žemiau esančiame grafike.
Kaip matyti iš grafiko, per 11 metų saulės aktyvumo ciklą sumažėjo. Per pastaruosius dvejus metus saulės dėmių skaičius mažėjo, nes saulės aktyvumas juda nuo maksimumo iki minimumo. Mažiau saulės dėmių reiškia mažiau saulės pliūpsnių ir vainikinės masės išmetimo.
Taigi 24-asis saulės ciklas tampa silpniausiu per pastaruosius 100 metų.
Koks yra 11 metų veiklos ciklas?
Vienuolikos metų ciklas, dar vadinamas Schwabe ciklu arba Schwabe-Wolf ciklu, yra ryškus saulės aktyvumo ciklas, trunkantis maždaug 11 metų. Jai būdingas gana spartus (apie 4 metus) saulės dėmių skaičiaus padidėjimas, o vėliau lėtesnis (apie 7 metai) mažėjimas. Ciklo trukmė nėra griežtai lygi 11 metų: XVIII – XX amžiuje jo trukmė buvo 7 – 17 metų, o XX amžiuje – maždaug 10,5 metų.
Kas yra Vilko numeris?
Vilko skaičius yra saulės aktyvumo matas, kurį pasiūlė šveicarų astronomas Rudolfas Wolfas. Jis nėra lygus šiuo metu Saulėje stebimų dėmių skaičiui, bet apskaičiuojamas pagal formulę:
W=k (f+10g)
f yra stebimų dėmių skaičius;
g – stebimų dėmių grupių skaičius;
k yra koeficientas, gautas kiekvienam teleskopui, su kuriuo atliekami stebėjimai.
Ar iš tikrųjų rami situacija?
Paplitusi klaidinga nuomonė, kad kosminis oras „užšąla“ ir tampa nebeįdomu stebėti mažo saulės aktyvumo metu. Tačiau net ir tokiais laikotarpiais įvyksta daug įdomių reiškinių. Pavyzdžiui, viršutinė Žemės atmosfera griūva, todėl aplink mūsų planetą kaupiasi kosminės šiukšlės. Heliosfera susitraukia, todėl Žemė tampa atviresnė tarpžvaigždinei erdvei. Galaktikos kosminiai spinduliai gana lengvai prasiskverbia į vidinę Saulės sistemą.
Mokslininkai stebi situaciją, nes saulės dėmių skaičius ir toliau mažėja. Kovo 29 d. Vilko numeris yra 23.
Vienuolika dienų ant Saulės, priešingai gerai žinomam posakiui, nėra nė vienos vietos. Tai reiškia, kad mūsų žvaigždė įžengia į minimalaus aktyvumo laikotarpį, o magnetinės audros ir rentgeno spindulių blyksniai kitais metais taps retesni. Lebedevo fizinio instituto Rentgeno saulės astronomijos laboratorijos darbuotojo, fizinių ir matematikos mokslų daktaro Sergejaus Bogačiovo paprašėme pakalbėti apie tai, kas nutinka Saulei, kai jos aktyvumas vėl didėja ir kas paaiškina šiuos mažėjimus ir kilimus.
Šiandien saulėje nėra dėmių
Vidutinis mėnesinis vilko skaičius saulėje – indeksas, kurį mokslininkai naudoja saulės dėmių skaičiui matuoti – per pirmuosius tris 2018 m. mėnesius nukrito žemiau 10. Prieš tai 2017 m. jis išliko 10–40, o per metus. anksčiau kai kuriais mėnesiais pasiekė 60. Tuo pat metu Saulės žybsniai beveik nustojo vykti Saulėje, o kartu su jais ir magnetinių audrų skaičius Žemėje siekia nulį. Visa tai rodo, kad mūsų žvaigždė užtikrintai juda link kito Saulės aktyvumo minimumo – būsenos, kurioje ji atsiduria maždaug kas 11 metų.
Pati saulės ciklo sąvoka (ir turima omenyje periodinė saulės aktyvumo maksimumų ir minimumų kaita) yra esminė Saulės fizikoje. Daugiau nei 260 metų, nuo 1749 m., mokslininkai kasdien stebėjo Saulę ir atidžiai fiksuoja saulės dėmių padėtį ir, žinoma, jų skaičių. Ir atitinkamai daugiau nei 260 metų šiose kreivėse buvo stebimi periodiniai pokyčiai, šiek tiek panašūs į pulso plakimą.
Kiekvienam tokiam „saulės širdies dūžiui“ priskiriamas skaičius, o iš viso nuo stebėjimų pradžios tokių dūžių pastebėta 24. Atitinkamai, būtent tiek Saulės ciklų žmonija dar žino. Kiek jų iš viso buvo, ar jie egzistuoja visą laiką, kol egzistuoja Saulė, ar atsiranda sporadiškai, ar kinta jų amplitudė ir trukmė ir kokia, pavyzdžiui, saulės ciklo trukmė buvo dinozaurų laikais? nėra atsakymo į visus šiuos klausimus, taip pat į klausimą, ar aktyvumo ciklas būdingas visoms saulės tipo žvaigždėms, ar egzistuoja tik kai kuriose iš jų, o jei taip, tai ar dvi to paties spindulio žvaigždės ir masė turės tą patį ciklo periodą. Mes taip pat to nežinome.
Taigi, saulės ciklas yra viena įdomiausių saulės paslapčių, ir nors apie jo prigimtį žinome gana daug, daugelis jo pagrindinių principų mums vis dar yra paslaptis.
Saulės aktyvumo grafikas, matuojamas saulės dėmių skaičiumi, per visą stebėjimų istoriją
Saulės ciklas yra glaudžiai susijęs su vadinamojo toroidinio magnetinio lauko buvimu Saulėje. Skirtingai nuo Žemės magnetinio lauko, kuris yra magneto pavidalo su dviem poliais - šiaurės ir pietų, kurių linijos nukreiptos iš viršaus į apačią, Saulė turi specialų lauko tipą, kurio Žemėje nėra (arba jis nesiskiria) tai du magnetiniai žiedai su horizontaliomis linijomis, juosiančiomis Saulę. Vienas yra šiauriniame Saulės pusrutulyje, o antrasis – pietiniame, maždaug simetriškai, tai yra, tokiu pat atstumu nuo pusiaujo.
Pagrindinės toroidinio lauko linijos yra po Saulės paviršiumi, tačiau kai kurios linijos gali išplaukti į paviršių. Būtent šiose vietose, kur toroidinio lauko magnetiniai vamzdeliai perveria saulės paviršių, atsiranda saulės dėmės. Taigi, saulės dėmių skaičius tam tikra prasme atspindi Saulės toroidinio magnetinio lauko galią (tiksliau – srautą). Kuo stipresnis šis laukas, tuo didesnės dėmės, tuo didesnis jų skaičius.
Atitinkamai, iš to, kad kartą per 11 metų Saulės dėmės išnyksta, galime daryti prielaidą, kad kartą per 11 metų Saulėje išnyksta toroidinis laukas. Taip ir yra. Ir iš tikrųjų tai – periodiškas saulės toroidinio lauko atsiradimas ir išnykimas 11 metų laikotarpiu – yra saulės ciklo priežastis. Dėmės ir jų skaičius yra tik netiesioginiai šio proceso požymiai.
Kodėl saulės ciklas matuojamas saulės dėmių skaičiumi, o ne magnetinio lauko stiprumu? Na, bent jau todėl, kad 1749 m., žinoma, jie negalėjo stebėti Saulės magnetinio lauko. Saulės magnetinį lauką tik XX amžiaus pradžioje atrado amerikiečių astronomas George'as Hale'as, spektroheliografo – instrumento, galinčio labai tiksliai išmatuoti saulės spektro linijų profilius, taip pat stebėti jų skilimą, išradėjas. veikiant Zeeman efektui. Tiesą sakant, tai buvo ne tik pirmasis Saulės lauko matavimas, bet ir apskritai pirmasis magnetinio lauko aptikimas nežemiškame objekte. Taigi XVIII–XIX amžių astronomai galėjo stebėti tik saulės dėmes, o apie jų ryšį su magnetiniu lauku negalėjo net numanyti.
Bet kodėl tada dėmės ir toliau skaičiuojamos mūsų dienomis, kai buvo sukurta kelių bangų astronomija, įskaitant stebėjimus iš kosmoso, kurie, žinoma, suteikia daug tikslesnės informacijos apie saulės ciklą, nei tiesiog skaičiuojant Vilko skaičių? Priežastis labai paprasta. Kad ir kokį šiuolaikinį ciklo parametrą matuotumėte ir koks jis būtų tikslus, šis skaičius negali būti lyginamas su XVIII, XIX ir daugumos XX a. duomenimis. Jūs tiesiog nesuprasite, koks stiprus ar silpnas yra jūsų ciklas.
Paskutinis saulės aktyvumo ciklas
SILSO duomenys / vaizdas, Belgijos karališkoji observatorija, Briuselis
Vienintelis būdas atlikti tokį palyginimą – suskaičiuoti dėmių skaičių, naudojant lygiai tą patį metodą ir lygiai tą pačią formulę, kaip ir prieš 200 metų. Nors gali būti, kad po 500 metų, kai bus sukaupta daug naujų duomenų apie blyksnių skaičių ir radijo spinduliuotės srautus, saulės dėmių skaičių serija pagaliau praras aktualumą ir išliks tik kaip astronomijos istorijos dalis. Kol kas taip nėra.
Žinios apie Saulės ciklo prigimtį leidžia daryti tam tikras prognozes apie saulės dėmių skaičių ir vietą ir netgi tiksliai nustatyti momentą, kada prasidės naujas saulės ciklas. Paskutinis teiginys gali pasirodyti abejotinas, nes situacijoje, kai dėmių skaičius sumažėjo beveik iki nulio, atrodo neįmanoma užtikrintai teigti, kad ta vieta, kuri ten buvo vakar, priklausė ankstesniam ciklui, o ta vieta šiandien jau yra dalis naujas ciklas. Nepaisant to, toks būdas yra ir yra susijęs būtent su ciklo prigimties žiniomis.
Kadangi saulės dėmės atsiranda tose vietose, kur Saulės paviršių perveria toroidinio magnetinio lauko linijos, kiekvienai dėmei galima priskirti tam tikrą magnetinį poliškumą – tiesiog magnetinio lauko kryptimi. Dėmė gali būti „šiaurinė“ arba „pietinė“. Be to, kadangi magnetinio lauko vamzdis turi prasiskverbti į Saulės paviršių dviejose vietose, dėmės turėtų formuotis poromis. Tokiu atveju dėmė, susidariusi toje vietoje, kur toroidinio lauko linijos palieka paviršių, turės šiaurinį poliškumą, o susidariusi porinė dėmė ten, kur linijos grįžta atgal, – pietų.
Kadangi toroidinis laukas supa Saulę kaip žiedas ir yra nukreiptas horizontaliai, saulės dėmių poros saulės diske yra orientuotos daugiausia horizontaliai, tai yra, jos yra toje pačioje platumoje, bet viena prieš kitą. O kadangi lauko linijų kryptis visose dėmėse bus vienoda (jas sudaro vienas magnetinis žiedas), tai visų dėmių poliškumas bus orientuotas vienodai. Pavyzdžiui, pirmoji, pirmaujanti, vieta visose porose bus šiaurinė, o antroji, atsilikusi, pietinė.
Magnetinių laukų struktūra saulės dėmių srityje
Šis modelis bus išlaikytas tol, kol egzistuos šis lauko žiedas, ty visus 11 metų. Kitame Saulės pusrutulyje, kur yra simetriškas antrasis lauko žiedas, poliškumas taip pat išliks toks pat visus 11 metų, tačiau turės priešingą kryptį – pirmosios dėmės bus, atvirkščiai, pietinės, o antrasis – šiaurinis.
Kas atsitinka, kai pasikeičia saulės ciklas? Ir atsitinka gana stebinantis dalykas, vadinamas poliškumo pakeitimu. Šiaurės ir Pietų Saulės magnetiniai poliai keičiasi vietomis, o kartu su jais keičiasi ir toroidinio magnetinio lauko kryptis. Pirma, šis laukas eina per nulį, tai yra vadinamasis saulės minimumas, o tada pradeda atsigauti, bet kita kryptimi. Jei ankstesniame cikle priekinės dėmės kažkuriame Saulės pusrutulyje turėjo šiaurinį poliškumą, tai naujame cikle jos jau turės pietinį poliškumą. Tai leidžia atskirti gretimų ciklų dėmes vieną nuo kitos ir užtikrintai užfiksuoti momentą, kai prasideda naujas ciklas.
Jei dabar grįžtume prie įvykių Saulėje, mes stebime 24-ojo saulės ciklo toroidinio lauko žūties procesą. Šio lauko liekanos vis dar egzistuoja po paviršiumi ir net kartais išplaukia į viršų (šiomis dienomis matome pavienius neryškius taškelius), tačiau apskritai tai yra paskutiniai mirštančios „saulėtos vasaros“ pėdsakai, kaip paskutinės šiltos lapkričio dienos. Neabejotina, kad artimiausiais mėnesiais šis laukas pagaliau apmirs ir saulės ciklas pasieks dar vieną minimumą.
Praėjusio amžiaus viduryje astronomai mėgėjai G. Schwabe ir R. Wolf pirmą kartą nustatė faktą, kad saulės dėmių skaičius laikui bėgant kinta, o vidutinis šio pokyčio laikotarpis yra 11 metų. Apie tai galite perskaityti beveik visose populiariose knygose apie Saulę. Tačiau retas net iš specialistų yra girdėjęs, kad dar 1775 metais P. Gorrebovas iš Kopenhagos išdrįso teigti, kad saulės dėmių periodiškumas yra. Deja, jo stebėjimų skaičius buvo per mažas, kad būtų galima nustatyti šio laikotarpio trukmę. Aukštas M. Gorrebovo požiūrio priešininkų mokslinis autoritetas ir visas jo medžiagas sunaikinęs Kopenhagos artilerijos apšaudymas padarė viską, kad šis teiginys būtų pamirštas ir neatsimintas net tada, kai jį įrodė kiti.
Žinoma, visa tai jokiu būdu nesumenkina Vilko, kuris įvedė santykinio saulės dėmių skaičiaus indeksą ir, remdamasis įvairia mėgėjų ir profesionalių astronomų stebėjimų medžiaga, sugebėjo jį atkurti nuo 1749 m., mokslinių nuopelnų.. Be to, Vilkas nustatė didžiausio ir mažiausio saulės dėmių skaičiaus metai nuo G. Galilėjaus stebėjimų laikų, t.y. nuo 1610 m. Tai leido jam sustiprinti labai netobulą Švabo, kuris stebėjimus turėjo tik 17 metų, darbą ir pirmą kartą nustatyti stebėjimo trukmę. vidutinis saulės dėmių skaičiaus kitimo laikotarpis. Taip atsirado garsusis Schwabe-Wolf dėsnis, pagal kurį Saulės aktyvumo pokyčiai vyksta periodiškai, vidutinės trukmės periodo trukmė – 11,1 metų (12 pav.). Žinoma, tuo metu buvo kalbama tik apie santykinį saulės dėmių skaičių. Tačiau laikui bėgant ši išvada buvo patvirtinta visiems žinomiems saulės aktyvumo indeksams. Daugybė kitų aktyvių saulės reiškinių laikotarpių, ypač trumpesnių, kuriuos saulės tyrinėtojai aptiko per pastaruosius 100 ir daugiau metų, buvo nuosekliai paneigti, ir tik 11 metų laikotarpis visada išliko nepajudinamas.
Nors saulės aktyvumo pokyčiai vyksta periodiškai, šis periodiškumas yra ypatingas. Faktas yra tas, kad laiko intervalai tarp didžiausių (arba minimalių) vilkų skaičiaus metų labai skiriasi. Yra žinoma, kad nuo 1749 m. iki šių dienų jų trukmė santykiniame saulės dėmių skaičiuje svyravo nuo 7 iki 17 metų tarp maksimumų metų ir nuo 9 iki 14 metų tarp minimalių metų. Todėl teisingiau būtų kalbėti ne apie 11 metų, o apie 11 metų saulės aktyvumo ciklą (t.y. periodą su sutrikimais, arba „paslėptą“ laikotarpį). Šis ciklas yra nepaprastai svarbus tiek norint suprasti saulės aktyvumo esmę, tiek tiriant saulės ir žemės ryšius.
Tačiau 11 metų ciklas pasireiškia ne tik saulės naujų darinių, ypač saulės dėmių, dažnio pokyčiais. Jį galima aptikti ir pagal saulės dėmių grupių platumos pokyčius laikui bėgant (13 pav.). Ši aplinkybė dar 1859 metais patraukė žymaus anglų saulės tyrinėtojo R. Carringtono dėmesį. Jis išsiaiškino, kad 11 metų ciklo pradžioje dėmės dažniausiai atsiranda didelėse platumose, vidutiniškai ±25 - 30° atstumu nuo Saulės pusiaujo, o ciklo pabaigoje pirmenybę teikia arčiau pusiaujo esančioms vietovėms, vidutiniškai ±5 - 10° platumose. Vėliau tai daug įtikinamiau parodė vokiečių mokslininkas G. Schiereris. Iš pradžių šiai funkcijai nebuvo suteikta didelė reikšmė. Tačiau tada situacija kardinaliai pasikeitė. Paaiškėjo, kad vidutinę 11 metų ciklo trukmę daug tiksliau galima nustatyti pagal saulės dėmių grupių platumos pokyčius, o ne iš Vilkų skaičiaus kitimo. Todėl dabar Spererio dėsnis, rodantis saulės dėmių grupių platumos pasikeitimą 11 metų ciklo eigoje, kartu su Schwabe-Wolf įstatymu veikia kaip pagrindinis saulės cikliškumo dėsnis. Visas tolesnis darbas šia kryptimi tik paaiškino detales ir įvairiais būdais paaiškino šį variantą. Tačiau jie vis dėlto paliko Spererio dėsnio formuluotę nepakeistą.
Ryžiai. 13. Saulės dėmių grupių drugelių diagrama (Grinvičo laikas).
Dabar kreipiamės į 11 metų saulės aktyvumo ciklą, kuris buvo saulės tyrimų dėmesio centre daugiau nei šimtą metų nuo jo atradimo. Už akivaizdaus stulbinamo paprastumo iš tikrųjų slypi toks sudėtingas ir daugialypis procesas, kad visada susiduriame su pavojumi prarasti viską arba bent jau daugumą to, ką jis mums jau atskleidė. Vienas garsiausių saulės aktyvumo prognozių ekspertų, vokiečių astronomas W. Glaisbergas, buvo teisus, kai viename iš savo populiarių straipsnių pasakė taip; „Kiek kartų Saulės aktyvumo tyrinėtojams atrodė, kad pagaliau pavyko nustatyti visus pagrindinius 11 metų ciklo modelius. Bet tada prasidėjo naujas ciklas, o patys pirmieji jo žingsniai visiškai išmetė visą jų pasitikėjimą ir privertė persvarstyti, kas, jų nuomone, yra galutinai įsitvirtinusi. Galbūt šie žodžiai yra šiek tiek sutrumpinti, bet jų esmė tikrai teisinga, ypač kai kalbama apie saulės aktyvumo prognozes.
Kaip jau minėjome, tam tikrais metais Vilko skaičiai turi maksimalią arba mažiausią reikšmę. Šie metai arba dar tiksliau apibrėžti laiko momentai, tokie kaip ketvirčiai ar mėnesiai, atitinkamai vadinami 11 metų ciklo maksimumo ir minimumo epochomis arba, apskritai, kraštutinumų epochomis. Santykinio saulės dėmių skaičiaus vidutinėms mėnesinėms ir vidutinėms ketvirčio reikšmėms, be paprastai reguliarių, sklandžių pokyčių, būdingi labai nereguliarūs, santykinai trumpalaikiai svyravimai (žr. šio skyriaus 5 skyrių). Todėl kraštutinumų epochos dažniausiai identifikuojamos pagal vadinamuosius išlygintus mėnesinius vilko skaičius, kurie parodo šio indekso reikšmes, gautas specialiu būdu per 13 mėnesių suvidurkintus stebėjimus, arba pagal pokyčio kreivių viršutinę ir apatinę vokus. santykinio saulės dėmių skaičiaus ketvirčio vidutinėse vertėse. Tačiau kartais tokių metodų naudojimas gali lemti klaidingus rezultatus, ypač esant žemiems ciklams, t. y. ciklams su mažu maksimaliu Vilko skaičiumi. Laiko intervalas nuo 11 metų ciklo minimumo epochos iki maksimumo epochos buvo vadinamas augimo šaka, o nuo maksimumo epochos iki kito minimumo epochos - jos nuosmukio šaka (14 pav.).
11 metų ciklo trukmę daug geriau lemia minimalios epochos nei didžiausios epochos. Tačiau net ir šiuo atveju kyla sunkumų, susijusių su tuo, kad kitas ciklas, kaip taisyklė, prasideda anksčiau, nei baigiasi ankstesnis. Dabar mes išmokome atskirti naujų ir senų ciklų dėmių grupes pagal jų magnetinio lauko poliškumą. Tačiau tokia galimybė atsirado prieš kiek daugiau nei 60 metų. Todėl, norint išlaikyti metodikos homogeniškumą, vis tiek tenka pasitenkinti ne tikrąja 11 metų ciklo trukme, o tam tikru jo „ersatzu“, nulemtu minimalių Vilko skaičių epochos. Visiškai natūralu, kad šie skaičiai dažniausiai sujungia naujojo ir senojo 11 metų ciklų dėmių grupes.
11 metų saulės dėmių ciklai skiriasi ne tik skirtingu ilgiu, bet ir skirtingu intensyvumu, t.y. skirtingomis didžiausių Vilko skaičiaus reikšmėmis. Jau minėjome, kad reguliarūs duomenys apie vidutinį mėnesio santykinį Ciuricho serijos saulės dėmių skaičių buvo prieinami nuo 1749 m. Todėl pirmuoju Ciuricho 11 metų ciklu laikomas ciklas, prasidėjęs 1775 m. kuriame yra neišsamūs duomenys, matyt, dėl šios priežasties gavo nulinį skaičių. Jei per 22 ciklus, praėjusius nuo reguliaraus vilkų skaičiaus nustatymo pradžios (įskaitant nulinį ciklą ir dabartinį, kuris dar nesibaigė, bet jau peržengė maksimumą), maksimalus vidutinis metinis vilkų skaičiaus vidurkis buvo 106, tada įvairiais 11 metų ciklais svyravo nuo 46 iki 190 Ypač aukštas buvo 19-asis ciklas, pasibaigęs 1964 m. Maksimalus, kuris buvo 1957 m. pabaigoje, vidutinis ketvirčio vilkų skaičius buvo 235. Antrą vietą po jos užima dabartinis, 21-asis ciklas, kurio maksimumas įvyko 1979 m. pabaigoje su vidutiniu ketvirčio santykiniu skaičiumi. Saulės dėmių skaičius yra 182. Žemiausi saulės dėmių ciklai datuojami praėjusio amžiaus pradžioje. Vienas iš jų, 5-as pagal Ciuricho numeraciją, yra ilgiausias iš stebėtų 11 metų ciklų. Kai kurie saulės aktyvumo tyrinėtojai netgi abejoja jo trukmės realumu ir mano, kad tai visiškai dėl Napoleono I „veiklos“ mokslo srityje. Faktas yra tas, kad Prancūzijos imperatorius, visiškai pasinėręs į pergalingus karus, mobilizavosi beveik visi Prancūzijos ir jo užkariautų šalių observatorijų astronomai į kariuomenę . Todėl tais metais Saulės stebėjimai buvo atliekami taip retai (ne dažniau kaip kelias dienas per mėnesį), kad vargu ar galima pasitikėti tada gautais Vilko skaičiais. Sunku pasakyti, kiek tokios abejonės pagrįstos. Beje, netiesioginiai duomenys apie Saulės aktyvumą per šį laiką neprieštarauja išvadai apie mažą santykinį saulės dėmių skaičių XIX amžiaus pradžioje. Tačiau šių abejonių negalima tiesiog atmesti, nes jos leidžia atsikratyti kai kurių išimčių, ypač atskiriems 11 metų ciklams. Įdomu tai, kad antrasis žemiausias ciklas, kurio maksimumas siekia 1816 m., skirtingai nei jo pirmtakas, truko tik 12 metų.
Kadangi daugiau nei du šimtus metų turime duomenų tik apie Vilko skaičius, visos pagrindinės 11 metų saulės aktyvumo ciklų savybės yra išvestos būtent šiam indeksui. Lengva garbingojo 11 metų ciklo atradėjo ranka daugiau nei penkiasdešimt metų saulės aktyvumo tyrinėtojai daugiausia buvo užsiėmę visų ciklų, trunkančių nuo kelių mėnesių iki šimtų metų, rinkinio paieška. R. Wolfas, įsitikinęs, kad Saulės cikliškumas yra Saulės sistemos planetų įtakos Saulei rezultatas, pats inicijavo šias paieškas. Tačiau visi šie darbai daug labiau prisidėjo prie matematikos raidos nei prie saulės aktyvumo tyrimo. Galiausiai, jau šio amžiaus 40-aisiais, vienas iš Vilko „įpėdinių“ Ciuriche M. Waldmeieris išdrįso suabejoti savo „mokslinio prosenelio“ teisingumu ir perkėlė 11 metų cikliškumo priežastį pačios Saulės viduje. . Būtent nuo to laiko iš tikrųjų prasidėjo tikras pagrindinių vidinių 11 metų saulės dėmių ciklo savybių tyrimas.
11 metų ciklo intensyvumas gana glaudžiai susijęs su jo trukme. Kuo šis ciklas galingesnis, ty kuo didesnis jo maksimalus santykinis dėmių skaičius, tuo trumpesnė jo trukmė. Deja, ši savybė veikiau yra grynai kokybinio pobūdžio. Tai neleidžia patikimai nustatyti vienos iš šių charakteristikų vertės, jei žinoma antroji. Rezultatai tiriant ryšį tarp maksimalaus Vilko skaičiaus (tiksliau jo dešimtainio logaritmo) ir 11 metų ciklo augimo šakos ilgio, t.y. tos kreivės dalies, kuri charakterizuoja Vilko skaičiaus didėjimą nuo pat pradžių. ciklo maksimalus, atrodo daug labiau pasitikintis. Kuo didesnis maksimalus saulės dėmių skaičius šiame cikle, tuo trumpesnė augimo šaka. Taigi 11 metų ciklo ciklinės kreivės formą daugiausia lemia jos aukštis. Esant dideliems ciklams, jam būdinga didelė asimetrija, o augimo šakos ilgis visada yra trumpesnis už nuosmukio šakos ilgį ir yra lygus 2–3 metams. Santykinai silpniems ciklams ši kreivė yra beveik simetriška. Ir tik silpniausi 11 metų ciklai vėl rodo asimetriją, tik priešingo tipo: jų augimo šaka ilgesnė už nuosmukio šaką.
Skirtingai nuo augimo šakos ilgio, 11 metų ciklo nuosmukio šakos ilgis yra didesnis, tuo didesnis jos maksimalus vilko skaičius. Bet jei ankstesnis ryšys yra labai glaudus, tai šis yra daug silpnesnis. Tikriausiai todėl didžiausias santykinis saulės dėmių skaičius tik kokybiškai lemia 11 metų ciklo trukmę. Apskritai pagrindinio saulės aktyvumo ciklo augimo ir mažėjimo šakos daugeliu atžvilgių elgiasi skirtingai. Pirmiausia, jei augimo šakoje vidutinių metinių vilkų skaičių suma beveik nepriklauso nuo ciklo aukščio, tai nuosmukio šakoje ją lemia būtent ši charakteristika. Nenuostabu, kad bandymai pavaizduoti 11 metų ciklo kreivę kaip matematinę išraišką ne dviem, o vienu parametru buvo tokie nesėkmingi. Augimo šakoje daugelis sąsajų pasirodo daug aiškesnės nei nuosmukio šakoje. Atrodo, kad būtent Saulės aktyvumo padidėjimo ypatumai pačioje 11 metų ciklo pradžioje lemia jo pobūdį, o elgesys po maksimumo apskritai yra maždaug vienodas visuose 11 metų ciklus ir skiriasi tik dėl į skirtingus nuosmukio šakos ilgius. Tačiau netrukus pamatysime, kad šis pirmasis įspūdis reikalauja vieno svarbaus papildymo.
Įrodymų, patvirtinančių lemiamą 11 metų ciklo augimo šakos reikšmę, buvo atlikti ciklinių pokyčių bendrame saulės dėmių plote tyrimai. Paaiškėjo, kad maksimalią bendro dėmių ploto vertę galima gana patikimai nustatyti pagal augimo šakos ilgį. Jau anksčiau buvo minėta, kad šis indeksas netiesiogiai apima saulės dėmių grupių skaičių. Todėl visiškai natūralu, kad dėl jo gauname iš esmės tokias pačias išvadas kaip ir apie Vilko skaičius. Kitų saulės aktyvumo reiškinių, ypač saulės žybsnių, dažnio 11 metų ciklo modeliai yra daug mažiau žinomi. Grynai kokybiškai galime manyti, kad jie bus tokie patys kaip santykinis saulės dėmių skaičius ir bendras plotas.
Iki šiol susidūrėme su bet kokios galios saulės aktyvumo reiškiniais. Tačiau, kaip jau žinome, Saulės reiškiniai labai skiriasi intensyvumu. Net ir kasdieniame gyvenime vargu ar kas nors pastatytų šviesų plunksninį debesį ir didelį juodą debesį tame pačiame lygyje. Iki tol būtent taip ir darėme. Ir štai kas įdomu. Padalinę aktyvias saulės formacijas pagal jų galią, gauname gana prieštaringus rezultatus. Silpno ar vidutinio intensyvumo reiškiniai paprastai suteikia tokią pat 11 metų ciklo kreivę kaip ir Vilko skaičiai. Tai taikoma ne tik saulės dėmių skaičiui, bet ir žybsnių skaičiui bei saulės žybsnių skaičiui. Kalbant apie galingiausius aktyvius Saulės darinius, jie dažniausiai atsiranda ne pačioje 11 metų ciklo maksimumo epochoje, o 1–2 metus po jo, o kartais ir prieš šią epochą. Taigi, šiems reiškiniams ciklinė kreivė arba tampa dviejų smailių, arba pasislenka savo maksimumą į daugelį metų vėliau, atsižvelgiant į Vilko skaičių. Būtent taip elgiasi didžiausios saulės dėmių grupės, didžiausi ir ryškiausi kalcio flokuliai, protonų pliūpsniai ir IV tipo radijo spinduliuotės pliūpsniai. 11 metų ciklo kreivės, skirtos žalios vainikinės linijos intensyvumui, radijo spinduliuotės prie metro bangų srautui, vidutiniam magnetinių laukų stiprumui ir saulės dėmių grupių vidutinei gyvavimo trukmei, t.y. reiškinių galios indeksai. , turi panašią formą.
Spererio dėsnyje 11 metų ciklas įvairiems saulės aktyvumo procesams pasireiškia unikaliausiai. Kaip jau žinome, saulės dėmių grupėms tai išreiškiama jų išvaizdos vidutinės platumos pasikeitimu nuo ciklo pradžios iki pabaigos. Be to, besivystant ciklui, šio saulės dėmių zonos „slinkimo“ link pusiaujo greitis palaipsniui mažėja ir praėjus 1–2 metams po maksimalaus vilkų skaičiaus epochos, jis visiškai sustoja, zonai pasiekus „barjerą“. platumos diapazonas 7°,5 - 12°, 5. Be to, aplink šią vidutinę platumą vyksta tik zonos svyravimai. Atrodo, kad 11 metų ciklas „veikia“ tik iki šio laiko, o po to palaipsniui tarsi „tirpsta“. Yra žinoma, kad dėmės apima gana plačius plotus abiejose Saulės pusiaujo pusėse. Šių zonų plotis taip pat keičiasi per 11 metų ciklą. Jie yra siauriausi ciklo pradžioje ir plačiausi – maksimaliai. Tai paaiškina faktą, kad galingiausiuose ciklus, tokiuose kaip 18, 19 ir 21 Ciuricho numeracija, aukščiausios platumos saulės dėmių grupės buvo stebimos ne ciklo pradžioje, o maksimumo metais. Mažų ir vidutinių saulės dėmių grupės išsidėsčiusios beveik per visą „karališkų zonų“ plotį, tačiau mieliau telkiasi link savo centro, kurio padėtis ciklui vystantis vis labiau artėja prie Saulės pusiaujo. Didžiausios dėmių grupės „pasirenka“ šių zonų pakraščius ir tik retkarčiais „nusileidžia“ į jų vidines dalis. Sprendžiant vien iš šių grupių išsidėstymo, galima pamanyti, kad Spererio dėsnis tėra statistinė fikcija. Skirtingos galios saulės blyksniai elgiasi panašiai.
11 metų ciklo nuosmukio šakoje vidutinė saulės dėmių grupių platuma, pradedant nuo ±12°, nepriklauso nuo ciklo aukščio. Tuo pačiu metu maksimumo metais jis nustatomas pagal maksimalų Vilko skaičių šiame cikle. Be to, kuo galingesnis 11 metų ciklas, tuo aukštesnėse platumose atsiranda pirmosios saulės dėmių grupės. Tuo pačiu metu grupių pločiai ciklo pabaigoje, kaip jau matėme, vidutiniškai yra vienodi, nepriklausomai nuo jo galios.
Šiaurinis ir pietinis Saulės pusrutuliai elgiasi labai skirtingai, atsižvelgiant į 11 metų ciklų raidą juose. Deja, Vilko skaičiai buvo nustatyti tik visam saulės diskui. Todėl šiuo klausimu turime gana kuklią Grinvičo observatorijos medžiagą apie saulės dėmių grupių skaičių ir plotus maždaug šimtą metų. Tačiau vis dėlto Grinvičo duomenys leido išsiaiškinti, kad šiaurinio ir pietų pusrutulių vaidmuo pastebimai keičiasi nuo vieno 11 metų ciklo iki kito. Tai išreiškiama ne tik tuo, kad daugelyje ciklų vienas iš pusrutulių neabejotinai veikia kaip „laidininkas“, bet ir šių pusrutulių ciklinės kreivės formos skirtumai tame pačiame 11 metų cikle. Tos pačios savybės buvo aptiktos saulės dėmių grupių skaičiuje ir bendrame jų plote. Be to, ciklo maksimumų epochos šiauriniame ir pietiniame Saulės pusrutuliuose dažnai skiriasi 1-2 metais. Plačiau apie šiuos skirtumus pakalbėsime svarstydami ilgus ciklus. Kol kas kaip pavyzdį prisiminkime tik tai, kad aukščiausiame 19 cikle Saulės aktyvumas neabejotinai vyravo šiauriniame Saulės pusrutulyje. Be to, maksimumo epocha pietiniame pusrutulyje atėjo daugiau nei dvejais metais anksčiau nei šiauriniame pusrutulyje.
Iki šiol 11 metų Saulės aktyvumo ciklo raidos ypatybes vertinome tik reiškiniams, vykstantiems Saulės „karališkose zonose“. Didesnėse platumose šis ciklas prasideda anksčiau. Visų pirma, jau seniai žinoma, kad ±30–60° platumos iškilimų skaičius ir plotas padidėja maždaug likus metams iki 11 metų saulės dėmių ir žemų platumų iškilimų ciklo pradžios. Įdomu tai, kad jei „karališkose zonose“ vidutinė iškilimų platuma ciklo eigoje palaipsniui mažėja, panašiai kaip ir su saulės dėmių grupėmis, tai aukštesnės platumos iškilimų platuma vidutiniškai mažėja ciklų pradžioje. ciklą nei jo pabaigoje. Kažkas panašaus pastebima vainikinėse kondensacijose. Kai kurie tyrinėtojai mano, kad žaliosios vainikinės linijos 11 metų ciklas prasideda maždaug 4 metais anksčiau nei saulės dėmių grupėms. Tačiau dabar dar sunku pasakyti, kiek ši išvada patikima. Gali būti, kad iš tikrųjų Saulėje nuolat išsaugoma aukštų platumų vainikinio aktyvumo zona, o tai, atsižvelgiant į žemesnių platumų duomenis, lemia šį akivaizdų rezultatą.
Silpni magnetiniai laukai šalia jo polių elgiasi dar neįprastiau. Mažiausią intensyvumo reikšmę jie pasiekia maždaug 11 metų ciklo maksimumo metais ir tuo pačiu lauko poliškumas pasikeičia į priešingą. Kalbant apie minimalią epochą, šiuo laikotarpiu lauko stiprumas yra gana didelis ir jų poliškumas išlieka nepakitęs. Įdomu tai, kad lauko poliškumo pokytis šalia šiaurės ir pietų ašigalių vyksta ne vienu metu, o su 1–2 metų tarpu, t.
Poliarinių fakulų skaičius kinta lygiagrečiai su lauko stiprumo dydžiu prie Saulės ašigalių kiekviename jos pusrutulyje (beje, numatomas beveik toks pat Vilko skaičiaus pokytis po maždaug 4 metų). Todėl, nors turime duomenų apie silpnus poliarinius magnetinius laukus mažiau nei tris 11 metų ciklus, poliarinių žybsnių vietų stebėjimų rezultatai leidžia daryti labai aiškią išvadą dėl jų ciklinių pokyčių. Taigi Saulės poliariniuose regionuose esantys magnetiniai laukai ir fakulai išsiskiria tuo, kad jų 11 metų ciklas prasideda 11 metų saulės dėmių ciklo maksimumu ir pasiekia maksimumą netoli saulės dėmių minimumo epochos. Ateitis parodys, koks patikimas šis rezultatas. Bet mums atrodo, kad jei nesigilinsime į smulkmenas, vargu ar vėlesni stebėjimai lems reikšmingą jo pasikeitimą. Įdomu, kad poliarinės vainikinės skylės turi lygiai tą patį 11 metų kitimo modelį.
Nors saulės konstanta, kaip jau minėta, nepatiria pastebimų svyravimų per 11 metų ciklą, tai nereiškia, kad atskiri saulės spinduliuotės spektro regionai elgiasi panašiai. Skaitytojas jau galėjo tuo įsitikinti, kai buvo svarstomi radijo spinduliuotės iš Saulės srautai. Jonizuoto kalcio H ir K violetinių linijų intensyvumo pokyčiai yra šiek tiek silpnesni, tačiau didžiausioje epochoje šios linijos yra maždaug 40% ryškesnės nei minimalioje 11 metų ciklo epochoje. Yra įrodymų, nors ir ne visiškai neginčijamų, apie linijų gylio pokyčius matomoje saulės spektro srityje ciklo eigoje. Tačiau įspūdingiausi saulės spinduliuotės svyravimai priklauso rentgeno ir tolimųjų ultravioletinių bangų ilgių diapazonams, kuriuos tyrinėjo dirbtiniai Žemės palydovai ir erdvėlaiviai. Paaiškėjo, kad rentgeno spinduliuotės intensyvumas bangų ilgių intervaluose 0 - 8 A, 8 - 20 A ir 44 - 60 A nuo 11 metų ciklo minimumo iki maksimumo padidėja 500, 200 ir 25 kartus. Ne mažiau pastebimi pokyčiai atsiranda 203 - 335 A ir netoli 1216 A spektro srityse (5,1 ir 2 kartus).
Kaip buvo nustatyta naudojant šiuolaikinius matematinius metodus, yra vadinamoji smulkioji 11 metų saulės aktyvumo ciklo struktūra. Jis susiveda į stabilų „šerdį“ apie didžiausią epochą, apimančią maždaug 6 metus, du ar tris antrinius maksimumus ir ciklo padalijimą į du komponentus, kurių vidutiniai laikotarpiai yra apie 10 ir 12 metų. Tokia smulki struktūra atskleidžiama tiek ciklinės Vilko skaičių kreivės pavidalu, tiek „drugelio diagramoje“. Visų pirma aukščiausiuose 11 metų ciklus, be pagrindinės saulės dėmių zonos, yra ir aukštųjų platumų zona, kuri išlieka tik iki maksimalios epochos ir su ciklo eiga pasislenka ne į pusiaują, o į stulpas. Be to, dėmių grupių „drugelio diagrama“ nėra viena visuma, o tarsi sudaryta iš vadinamųjų impulsų grandinių. Šio proceso esmė ta, kad gana didelėje platumoje atsiradusių saulės dėmių grupė (ar kelios grupės) pasislenka link Saulės pusiaujo per 14–16 mėnesių. Tokios impulsų grandinės ypač pastebimos 11 metų ciklo augimo ir nuosmukio šakose. Galbūt jie yra susiję su saulės aktyvumo svyravimais.
Sovietinis saulės tyrinėtojas A.I.Olas nustatė dar vieną esminę 11 metų saulės aktyvumo ciklo savybę. Tyrinėdamas ryšį tarp pasikartojančio geomagnetinio aktyvumo indekso per pastaruosius ketverius ciklo metus ir maksimalaus Vilko skaičiaus, jis nustatė, kad jis buvo labai artimas, jei Vilko skaičius priklausytų kitam 11 metų ciklui, ir labai silpnas, jei priklausytų. į tą patį ciklą kaip ir geomagnetinio aktyvumo indeksas. Iš to išplaukia, kad 11 metų saulės aktyvumo ciklas kyla senojo „gelmėse“. Pasikartojantį geomagnetinį aktyvumą sukelia vainikinės skylės, kurios, kaip žinome, paprastai kyla virš fotosferinio magnetinio lauko vienpolių sričių. Vadinasi, tikrasis 11 metų ciklas prasideda nuosmukio viduryje, kai atsiranda ir sustiprėja ne dvipoliai, o vienpoliai magnetiniai regionai. Šis pirmasis vystymosi etapas baigiasi 11 metų ciklo, su kuriuo esame įpratę elgtis, pradžioje. Šiuo metu prasideda antrasis jos etapas, kai vystosi dvipoliai magnetiniai regionai ir visi tie Saulės aktyvumo reiškiniai, apie kuriuos jau kalbėjome. Jis tęsiasi iki įprasto 11 metų ciklo nuosmukio šakos vidurio, kai prasideda naujas ciklas. Įdomu, kad toks svarbus 11 metų ciklo bruožas nebuvo pastebėtas tiesiai ant Saulės, tačiau jis buvo nustatytas tiriant Saulės aktyvumo įtaką Žemės atmosferai.
Visos Rusijos studentų mokslinių tyrimų ir dizaino darbų konkursas
„Ekologija ir gyvenimas“
Nominacija: „Gyvųjų paslaptys“
Tema: „Vienuolikos metų Saulės aktyvumo ciklo ir jo įtakos saulės dėmių skaičiui tyrimas“
Darbo vieta: OU 9 vidurinė mokykla, 10 klasė, miesto r Oktiabrskas
Mokslinis patarėjas: Uyutova L.V. Fizikos mokytojas
Maskva 2010 m
Įvadas. 2 puslapis
I skyrius. Šiuolaikinė kosmogonijos idėja. Puslapis 3-5
II skyrius. Saulės sandaros ir gimimo teorijos. Puslapis 6-11
III skyrius. 11 metų saulės aktyvumo ciklas ir jo priežastys 12-18 p
IV skyrius. Eksperimentinė dalis. Puslapis 19-23
Išvada. Puslapis 24
Naudotos literatūros sąrašas. Puslapis 25
Įvadas.
Pastaraisiais metais mokslininkai visame pasaulyje, astronomai ir fizikai diskutuoja apie po kelerių metų mūsų planetai grėsmingą visuotinį atšilimą. Ir dauguma jų tokius klimato pokyčius sieja su Saulės elgesiu, su jos pokyčiais. Nusprendžiau kiek galėdamas dalyvauti sprendžiant šią problemą. Nuo 2005 metų tyrinėju Saulę, remdamasis mokslo darbais ir knygomis tyrinėju jos savybes ir sandarą.
Kartą, kai perskaičiau knygą „Kosmosas“, kurią redagavo Koptevas, susidomėjau klausimu, kas yra kosmogonija? Kaip atsirado saulės sistema, kas yra saulė? Susidūriau su klausimais apie Saulės gimimą, pagrindines jos fizines savybes. Išstudijavus I. A. Klimishino knygą „Mūsų dienų astronomija“ sužinojau, kad saulės aktyvumas turi 11 metų ciklą, kad saulės aktyvumo viršūnės kasmet keičiasi, kad būna didelio saulės aktyvumo, o kiti – žemo. veikla.
Paėmusi Saulės aktyvumo tyrimų rezultatus iš Tbilisio laboratorijos medžiagų (jų skaitines charakteristikas), sudariau apytikslį Saulės aktyvumo m ax ir min kitimo grafiką. Tyrinėdamas šias charakteristikas padariau išvadą, kad nuo 1996 metų gyvename tuo metu, kai Saulė padidino savo energiją (aktyvumą), 2006-ieji yra Saulės piko metai. Dabar, nuo 2007 m., prasideda jo nuosmukis, kuris truks maždaug 10–11 metų. Temperatūros padidėjimas žemėje yra susijęs būtent su šiais pokyčiais.
Didžiausią saulės aktyvumą lydi saulės dėmių ir jų plotų skaičiaus padidėjimas. Vasarą dėmes stebėjau per teleskopą ir, išstudijavęs A.N.Tomilino knygą „Dangus ir žemė“, iš jos paėmęs reikiamas formules Saulės charakteristikoms apskaičiuoti, ištyriau dėmių plotus ir juos apskaičiavau. Jie pasirodė 20 kartų didesni už Žemės dydį. Normaliomis sąlygomis saulės kulminacijos momentą galėjau apskaičiuoti 2006 metų vasarą.
1 skyrius. Šiuolaikinė kosmogonijos idėja.
Kosmogonija yra mokslas, tiriantis dangaus kūnų, tokių kaip planetos ir jų palydovai, Saulė, žvaigždės ir galaktikos, kilmę ir vystymąsi. Astronomai stebi kosminius kūnus įvairiuose vystymosi etapuose, susiformavusius neseniai ir tolimoje praeityje, sparčiai „senstančius“ arba beveik „užšalusius“ savo raidoje. Lygindami daugybę stebėjimų duomenų su fiziniais procesais, kurie gali vykti įvairiomis sąlygomis kosminėje erdvėje, mokslininkai bando paaiškinti, kaip atsiranda dangaus kūnai. Vienos, išsamios žvaigždžių, planetų ar galaktikų susidarymo teorijos dar nėra. Problemas, su kuriomis susiduria mokslininkai, kartais sunku išspręsti. Žemės ir visos Saulės sistemos kilmės klausimo sprendimą gerokai apsunkina tai, kad kitų panašių sistemų dar nepastebėjome. Mūsų Saulės sistema kol kas neturi su kuo palyginti, nors panašios į ją sistemos turėtų būti gana dažnos, o jų atsiradimas turėtų būti ne atsitiktinumas, o gamtos reiškinys.
Jau du šimtmečius Saulės sistemos kilmės problema nerimauja iškiliems mūsų planetos mąstytojams. Šią problemą, pradedant filosofu Kantu ir matematiku Laplasu, sprendė XIX ir XX amžių astronomų ir fizikų galaktika.
Ir vis dėlto mums dar gana toli iki šios problemos sprendimo. Tačiau per pastaruosius tris dešimtmečius žvaigždžių evoliucijos kelių klausimas tapo aiškesnis. Ir nors detalės apie žvaigždės gimimą iš dujų-dulkių ūko dar toli gražu nėra aiškios, dabar aiškiai suprantame, kas su ja atsitiks per milijardus tolesnės evoliucijos metų.
Pereidami prie įvairių kosmogoninių hipotezių, kurios per pastaruosius du šimtmečius pakeitė viena kitą, pristatymo, pradėsime nuo didžiojo vokiečių filosofo Kanto hipotezės ir teorijos, kurią po kelių dešimtmečių savarankiškai pasiūlė prancūzų matematikas Laplasas. Prielaidos šioms teorijoms kurti išlaikė laiko išbandymą.
Kanto ir Laplaso požiūriai smarkiai išsiskyrė daugeliu svarbių klausimų. Kantas rėmėsi evoliuciniu šalto dulkių ūko vystymusi, kurio metu pirmiausia iškilo centrinis masyvus kūnas – būsimoji Saulė, o paskui planetos, o Laplasas pirminį ūką laikė dujiniu ir labai karštu, turinčiu didelį sukimosi greitį. Suspaustas, veikiamas visuotinės gravitacijos, ūkas dėl kampinio momento išsaugojimo dėsnio sukosi vis greičiau. Dėl didelių išcentrinių jėgų žiedai paeiliui buvo atskirti nuo jo. Tada jie pradėjo kondensuotis, formuodami planetas.
Taigi, pagal Laplaso hipotezę, planetos susiformavo prieš Saulę. Tačiau nepaisant skirtumų, bendras svarbus bruožas yra mintis, kad Saulės sistema atsirado dėl natūralaus ūko vystymosi. Todėl įprasta šią koncepciją vadinti „Kanto-Laplaso hipoteze“.
Tačiau ši teorija susiduria su sunkumais. Mūsų Saulės sistema, susidedanti iš devynių skirtingų dydžių ir masių planetų, pasižymi ypatumu: neįprastu kampinio impulso pasiskirstymu tarp centrinio kūno, Saulės ir planetų.
Impulsas yra viena iš svarbiausių bet kokios mechaninės sistemos, izoliuotos nuo išorinio pasaulio, charakteristikų. Būtent tokia sistema galima laikyti Saulę ir ją supančias planetas. Kampinis momentas gali būti apibrėžtas kaip sistemos „sukimosi rezervas“. Šis sukimasis susideda iš planetų judėjimo orbitoje ir sukimosi aplink Saulės ir planetų ašis.
Liūto dalis Saulės sistemos kampinio impulso yra sutelkta milžiniškų planetų – Jupiterio ir Saturno – orbitiniame judėjime.
Laplaso hipotezės požiūriu tai visiškai nesuprantama. Epochoje, kai žiedas atsiskyrė nuo pradinio, greitai besisukančio ūko, ūko sluoksniai, iš kurių vėliau kondensavosi Saulė, (masės vienetui) turėjo maždaug tokį patį impulsą kaip atskirto žiedo medžiaga (nes kampiniai ūko greičiai žiedas ir likusios dalys buvo maždaug vienodos), kadangi pastarojo masė buvo žymiai mažesnė nei pagrindinio ūko („protosuno“), bendras žiedo kampinis impulsas turėtų būti daug mažesnis nei „protosuno“. Laplaso hipotezėje nėra mechanizmo, kaip perkelti impulsą iš „proto-saulės“ į žiedą. Todėl per visą tolesnę evoliuciją „proto-saulės“, o vėliau ir Saulės kampinis impulsas turėtų būti daug didesnis nei žiedų ir iš jų susidariusių planetų. Tačiau ši išvada prieštarauja faktiniam impulso pasiskirstymui tarp Saulės ir planetų.
Laplaso hipotezei šis sunkumas pasirodė neįveikiamas.
Apsigyvenkime ties džinsų hipoteze, kuri plačiai paplito pirmajame šio amžiaus trečdalyje. Tai visiškai priešinga Kanto-Laplace'o hipotezei. Jei pastarasis planetų sistemų formavimąsi vaizduoja kaip vienintelį natūralų evoliucijos procesą nuo paprasto iki sudėtingo, tai Jeanso hipotezėje tokių sistemų susidarymas yra atsitiktinumo reikalas. (1 pav.)
Pradinė materija, iš kurios vėliau susidarė planetos, buvo išstumta iš Saulės (kuri tuo metu jau buvo gana „sena“ ir panaši į dabartinę), kai šalia jos netyčia praskriejo tam tikra žvaigždė. Šis praėjimas buvo taip arti, kad beveik galėjo būti laikomas susidūrimu. Dėl potvynio jėgų, kurias sukėlė žvaigždės susidūrimas su Saule, iš paviršinių Saulės sluoksnių buvo išmestas dujų srautas. Ši srovė išliks Saulės gravitacijos sferoje net žvaigždei palikus Saulę. Tada čiurkšlė kondensuosis ir sukels planetas.
Jei Jeanso hipotezė būtų teisinga, planetų sistemų, susidariusių per dešimt milijardų jos evoliucijos metų, skaičių būtų galima suskaičiuoti iš vienos pusės. Tačiau iš tikrųjų yra daug planetų sistemų, todėl ši hipotezė yra nepagrįsta. Ir iš niekur neišplaukia, kad karštų dujų srautas, išmestas iš Saulės, gali kondensuotis į planetas. Taigi kosmologinė Jeanso hipotezė pasirodė nepagrįsta.
Išskirtinis sovietų mokslininkas O. Yu Schmidtas 1944 metais pasiūlė savo Saulės sistemos kilmės teoriją: mūsų planeta susidarė iš materijos, paimtos iš dujų-dulkių ūko, pro kurį kadaise praskriejo Saulė, kuris jau tada turėjo beveik „modernų“ “ išvaizda. Šiuo atveju nekilo jokių sunkumų, susijusių su planetų sukimosi momentu, nes iš pradžių debesų materijos momentas gali būti savavališkai didelis. Pradedant 1961 m., hipotezę sukūrė anglų kosmogonistas Littletonas, kuris gerokai ją patobulino. Pagal abi hipotezes „beveik moderni“ Saulė susiduria su daugiau ar mažiau „laisvu“ kosminiu objektu, užfiksuodama jo materijos dalis. Taigi planetų formavimasis siejamas su žvaigždžių formavimosi procesu.
II skyrius. Saulės gimimo ir sandaros teorijos.
Dabar apsistosime ties pagrindiniu Saulės gimimo klausimu.
Grįžkime į praeitį, maždaug prieš 7 milijardus metų. Šiuolaikinis mokslas, kaip teigia mokslininkai, leidžia įsivaizduoti įvykius, kurie tada vyko su pakankama tikimybe. Žodžiu, mes „kabome erdvėje ir stebime vieno iš dujų-dulkių, vandenilio-helio (su sunkiųjų elementų priemaiša) ūko gyvenimą. Tą, iš kurio ateityje atsiras mūsų saulės sistema, Saulė, Žemė ir tu bei aš. Ūkas tamsus ir nepermatomas, kaip dūmai. Kaip grėsmingas nematomumas, jis lėtai šliaužia juodos bedugnės fone, o jos nuskustus, neryškius kontūrus galima atspėti pagal tai, kaip tolimos žvaigždės pamažu užgęsta ir už jos užgęsta. Po kurio laiko pamatysime, kad ūkas lėtai sukasi aplink savo centrą, sukasi vos pastebimai. Taip pat pastebime, kad jis pamažu mažėja, mažėja, akivaizdžiai tankėja.
Gravitacija veikia, surenka ūko daleles link centro. Tuo pačiu metu ūko sukimasis pagreitėja. Jei norite suprasti šio reiškinio mechaniką, prisiminkite paprastą žemišką dailiojo čiuožėjo, besisukančio ant ledo, pavyzdį. Nedarydamas jokio papildomo stūmimo, jis pagreitina sukimąsi tik prispausdamas rankas, anksčiau atviras į šonus, prie kūno. Veikia „Pagreičio išsaugojimo įstatymas“. Laikas eina. Ūkas sukasi vis greičiau. Ir iš to atsiranda ir didėja išcentrinė jėga, galinti kovoti su gravitacija. Mes puikiai žinome išcentrinę jėgą. Pavyzdžiui, jis „veikia“ bet kuriame autobuse, kai staigiame posūkyje partrenkia stovinčius keleivius. Kova tarp dviejų jėgų, gravitacijos ir išcentrinės, prasideda ūke, kai jo sukimasis pagreitėja. Gravitacija suspaudžia ūką, o išcentrinė jėga linkusi jį išpūsti ir suplėšyti. Tačiau gravitacija vienodai traukia daleles į centrą iš visų pusių. O išcentrinės jėgos nėra ūko „poliuose“, o ryškiausia jo „pusiaujoje“. Todėl būtent ties „pusiauju“ jis pasirodo stipresnis už gravitaciją ir išpučia ūką į šonus. Ūkas, besisukantis vis greičiau ir greičiau, išsilygina, iš kamuoliuko virsdamas plokščiu „tortu“, panašiu į sportinį diską. Ateina akimirka, kai išoriniuose „disko“ kraštuose išcentrinė jėga susibalansuoja ir tada nugali gravitaciją. Čia pradeda skirtis ūko gabalai. Centrinė jo dalis toliau traukiasi, pagreitindama sukimąsi, o nuo išorinio krašto toliau tolsta vis daugiau gumulėlių, atskirų dujų ir dulkių debesų.
O dabar ūkas įgavo visiškai kitokį vaizdą. Viduryje didingai sukasi didžiulis tamsus, kiek paplokščias debesis, o aplink jį skirtingais atstumais skrieja maždaug toje pačioje plokštumoje išsidėstę apskritomis orbitomis nuo jo atsiskyrę maži „palydoviniai debesys“. Sekime centrinį debesį. Jis ir toliau tirštėja. Tačiau dabar su gravitacijos jėga pradeda kovoti nauja jėga – su dujų slėgio jėga. Iš tiesų, debesies viduryje kaupiasi vis daugiau medžiagos dalelių. Atsiranda „baisus susigrūdimas“ ir „neįtikėtinas dalelių susitraukimas“. Jie skuba aplinkui, daužydami vienas kitą vis stipriau. Fizikų kalba, centre didėja temperatūra ir slėgis. Iš pradžių ten pasidaro šilta, paskui karšta. Iš išorės to nepastebime: debesis didžiulis ir nepermatomas. Karštis neišeina. Bet kažkas atsitiko viduje! Debesis nustojo trauktis. Galinga jėga, kuri padidėjo kaitinant dujų slėgį, sustabdė gravitacijos darbą. Buvo aštrus nepakeliamo karščio kvapas, tarsi staiga atsidariusios krosnies angos! Juodojo debesies gelmėse ėmė silpnai matyti į išorę besiveržiančių blankių raudonų liepsnų debesys. Bet vis arčiau ir šviesiau. Kamuolys verda didingai, sumaišydamas išbėgančią šerdies ugnį su juodu pakraščio rūku. Alinantis karštis verčia trauktis dar labiau atgal. Tačiau išbėgusios karštos dujos susilpnino atsparumą gravitacijai. Debesis vėl pradėjo trauktis. Temperatūra jos centre vėl pradėjo kilti. Jau pasiekė šimtus tūkstančių laipsnių! Tokiomis sąlygomis medžiaga net negali būti dujinė. Atomai suyra. Medžiaga pereina į plazmos būseną. Tačiau plazma – pasiutęs atomų branduolių ir elektronų gniuždymas – negali atlaikyti kaitinimo be galo. Kai jo temperatūra pakyla virš 10 milijonų laipsnių, atrodo, kad jis „užsidega“. Dalelių smūgiai vienas į kitą tampa tokie stiprūs, kad vandenilio atomų branduoliai nebeatsimuša vienas į kitą kaip kamuoliukai, o atsitrenkia, spaudžiasi vienas į kitą ir susilieja. Prasideda „branduolinė reakcija“. Kiekvienam keturiems vandenilio atomų branduoliams susidaro vienas helio branduolys. Taip išsiskiria didžiulė energija. Toks vandenilio „branduolinis degimas“ prasidėjo mūsų karštame rutulyje. Šios „ugnies“ nebegalima sustabdyti. Plazma pašėlo. Dujų slėgis centre pradėjo veikti dešimteriopa jėga. Plazma veržiasi kaip garai iš katilo. Su milžiniška jėga jis iš vidaus spaudžia išorinius rutulio sluoksnius ir sustabdo jų kritimą link centro.
Balansas nustatytas. Plazma nesugeba atplėšti kamuoliuko ir išsklaidyti jo skeveldrų į šonus. Tačiau gravitacija nesugeba sumažinti plazmos slėgio ir toliau suspausti kamuoliuką. Akinamai baltai geltona šviesa švytintis kamuolys pateko į stabilią sceną. Jis tapo žvaigžde. Tapo mūsų saule! Dabar jis išliks milijardus metų, nekeičiant dydžio, nešaldamas ir neperkaisdamas ir spindės tokia pat ryškia baltai geltona šviesa. Kol visas viduje esantis vandenilis išdegs. O kai visa tai virs heliu, Saulės viduje esanti „atrama“ išnyks, ji susitrauks. Dėl to temperatūra jo gelmėse vėl pakils. Dabar iki šimtų milijonų laipsnių. Bet tada helis „užsidegs“, virsdamas sunkesniais elementais. Ir suspaudimas vėl sustos.
Naudojant Yu. I. Koptevo ir S.A. knygos „Populiarioji mokslo literatūra“ medžiagą. Nikitinas ir kiti šaltiniai sužinojome, kad:
Saulė, centrinis Saulės sistemos kūnas, yra karštas plazminis rutulys; Saulė yra arčiausiai Žemės esanti žvaigždė. Saulės masė yra 1,990 "1 030 kã (332958 karto didesnė už Žemės masę). Saulėje sutelkta 99,866% Saulės sistemos masės. Saulės paralaksas yra 8,794 ''. Atstumas nuo Žemės iki Saulė svyruoja nuo 1,4710 * 10 11 m (sausį) iki
1,5210·10]"m. (liepos mėn.), vidutiniškai 1,4960·10]"m. Šis atstumas laikomas vienu astronominiu vienetu. Vidutinis kampinis Saulės skersmuo yra 1919,26", o tai atitinka tiesinį Saulės skersmenį, lygų 1,392·109 m (109 kartus didesnis už Žemės pusiaujo skersmenį). Vidutinis Saulės tankis yra 1,41"103 kg/m3 . Sunkio pagreitis Saulės paviršiuje yra 273,98 m/sek 2 . Antrasis pabėgimo greitis Saulės paviršiuje yra 6,18·10 5 m/sek. Efektyvi Saulės paviršiaus temperatūra, nustatyta pagal Stefano-Boltzmanno radiacijos dėsnį, remiantis visa Saulės spinduliuote, yra 5770K. (2 pav.)
Teleskopinių Saulės stebėjimų istorija prasideda nuo 1611 m. G. Galilėjaus atliktų stebėjimų; Buvo aptiktos saulės dėmės, nustatytas Saulės sukimosi aplink savo ašį laikotarpis. 1843 metais vokiečių astronomas p. Schwabe atrado Saulės aktyvumo cikliškumą. Spektrinės analizės metodų tobulinimas leido ištirti Saulės fizines sąlygas. 1814 metais J. Fraunhoferis Saulės spektre atrado tamsias sugerties linijas – tai buvo Saulės cheminės sudėties tyrimų pradžia. Nuo 1836 m. buvo reguliariai stebimi saulės užtemimai, taip pat saulės iškilimai. 1913 m. amerikiečių astronomas J. Hale'as stebėjo Zeemano Fraunhoferio linijų skilimą saulės dėmių spektre ir taip įrodė, kad Saulėje egzistuoja magnetiniai laukai. Iki 1942 m. švedų astronomas B. Edlenas ir kiti nustatė kelias saulės vainiko spektro linijas su labai jonizuotų elementų linijomis, taip įrodydami aukštą saulės vainikėlio temperatūrą. 1931 metais B. Lio išrado saulės koronografą, kuris suteikė galimybę stebėti vainiką ir chromosferą už užtemimų ribų. XX amžiaus 40-ųjų pradžioje buvo aptiktas radijo spinduliavimas iš Saulės. (3 pav.)
Dvidešimtojo amžiaus antroje pusėje reikšmingas impulsas saulės fizikos raidai buvo magnetinės hidrodinamikos ir plazmos fizikos raida. Nuo pat kosmoso amžiaus pradžios ultravioletinės ir rentgeno spinduliuotės iš Saulės tyrimai buvo atliekami ekstraatmosferinės astronomijos metodais, naudojant raketas, automatines orbitines observatorijas Žemės palydovuose ir kosmines laboratorijas su žmonėmis. (4 pav.)
Saulės sukimasis aplink savo ašį vyksta ta pačia kryptimi kaip ir Žemės sukimasis, plokštumoje, pasvirusioje 715" į Žemės orbitos (ekliptikos) plokštumą. Sukimosi greitį lemia tariamasis įvairių dalimis Saulės atmosferoje ir spektrinių linijų poslinkiu Saulės disko briaunos spektre dėl Doplerio efekto.Taigi buvo atrasta, kad Saulės sukimosi periodas nėra vienodas įvairios platumos. Įvairių ypatybių padėtis Saulės paviršiuje nustatoma naudojant heliografines koordinates, matuojamas nuo Saulės pusiaujo (heliografinės platumos) ir nuo centrinio matomo Saulės disko dienovidinio arba nuo kurio nors dienovidinio, pasirinkto kaip pradinis ( vadinamasis Carrington dienovidinis). Manoma, kad Saulė sukasi kaip standus kūnas. Taškas, kurio heliografinė platuma yra 17 0, vieną apsisukimą Žemės atžvilgiu padaro per 27,275 dienas (sinodinis periodas) – 25,38 dienos. Kampinio greičio sukimasis j sideraliniam sukimui kinta priklausomai nuo heliografinės platumos w pagal dėsnį: w=14,33° - 30 sin 2 j per dieną. Tiesinis sukimosi greitis ties Saulės pusiauju yra apie 2000 m/sek.
Saulė kaip žvaigždė yra tipiška geltona nykštukė ir yra pagrindinės Hertzsprung-Russell diagramos žvaigždžių sekos viduryje. Matomas fotovizinis Saulės dydis yra -26,74, absoliutus vizualinis dydis M y yra +4,83. Saulės spektrinė klasė yra G2V. Judėjimo greitis artimiausių žvaigždžių aibės atžvilgiu yra 19,7"103 m/sek. Saulė yra vienos iš mūsų Galaktikos spiralinių šakų viduje maždaug 10 kpc atstumu nuo jos centro. Saulės apsisukimo laikotarpis aplink Galaktikos centrą yra apie 200 milijonų metų. Saulės amžius yra apie 5"109 metai. (5 pav.)
Vidinė Saulės struktūra nustatoma darant prielaidą, kad ji yra sferiškai simetriškas kūnas ir yra pusiausvyroje. Energijos perdavimo lygtis, energijos tvermės dėsnis, idealiųjų dujų būsenos lygtis, Stefano-Boltzmanno dėsnis ir hidrostatinės, spinduliuotės ir konvekcinės pusiausvyros sąlygos, kartu su bendrojo šviesumo, bendros masės ir spindulio reikšmėmis. Iš stebėjimų ir duomenų apie jos cheminę sudėtį nustatytas Saulės vaizdas leidžia sukurti Saulės vidinių struktūrų modelį. Manoma, kad vandenilio kiekis Saulėje pagal masę yra apie 70%, helio - apie 27%, o visų kitų elementų - apie 2,5%. Remiantis šiomis prielaidomis, apskaičiuojama, kad temperatūra Saulės centre yra 10"106 K, tankis apie 1,5"105 kg/m 3, slėgis 3,4 * 10 16, kuris laikomas šaltiniu. energijos, kuri papildo radiacijos nuostolius ir palaiko aukštą temperatūrą Saulė yra branduolinės reakcijos, vykstančios saulės gelmėse. Vidutinis saulės viduje pagaminamos energijos kiekis yra 1,92 erg/g/sek. Energijos išsiskyrimą lemia branduolinės reakcijos, kurių metu vandenilis virsta heliu. Saulėje galimos dvi termobranduolinių reakcijų grupės: vadinamasis protonų – protonų (vandenilio) ciklas ir anglies ciklas (Bethe ciklas). Labiausiai tikėtina, kad Saulėje vyrauja protonų-protonų ciklas, susidedantis iš trijų reakcijų, kurių pirmojoje iš vandenilio branduolių susidaro deuterio branduoliai (sunkusis vandenilio izotopas, atominė masė 2); antrajame iš vandenilio branduolių susidaro 3 atominės masės helio izotopo branduoliai, o galiausiai trečiajame – stabilaus helio izotopo, kurio atominė masė 4, branduoliai (6 pav.)
Energijos perdavimas iš vidinių Saulės sluoksnių daugiausia vyksta per elektromagnetinės spinduliuotės, sklindančios iš apačios, sugėrimą ir vėlesnę pakartotinę emisiją. Temperatūrai mažėjant atstumui nuo Saulės, spinduliuotės bangos ilgis palaipsniui didėja, didžiąją dalį energijos perduodant viršutiniams sluoksniams. Energijos perdavimas judant karštoms medžiagoms iš vidinių sluoksnių, o vėsinta medžiaga viduje (susitarimas) vaidina svarbų vaidmenį santykinai aukštesniuose sluoksniuose, kurie sudaro konvekcinę Saulės zoną, kuri prasideda maždaug 0,2 saulės spindulio gylyje. ir jo storis apie 108 m.. Konvekcinių judesių greitis didėja didėjant pailgėjimui nuo Saulės centro ir išorinėje konvekcinės zonos dalyje siekia (2---.5)- 103 m/s. Dar aukštesniuose sluoksniuose (Saulės atmosferoje) energijos perdavimas vėl vyksta spinduliuote. Viršutiniuose Saulės atmosferos sluoksniuose (chromosferoje ir vainikinėje) dalis energijos tiekiama mechaninėmis ir magnetohidrodinaminėmis bangomis, kurios susidaro konvekcinėje zonoje, tačiau sugeriamos tik šiuose sluoksniuose. Tankis viršutiniuose atmosferos sluoksniuose yra labai mažas, o būtinas energijos pašalinimas spinduliuote ir šilumos laidumu įmanomas tik tada, kai šių sluoksnių kinetinė energija yra pakankamai didelė. Galiausiai, viršutinėje Saulės vainiko dalyje didžiąją dalį energijos nuneša nuo Saulės tolstančios medžiagos, vadinamasis saulės vėjas. Temperatūra kiekviename sluoksnyje nustatoma tokiame lygyje, kad būtų automatiškai pasiekiamas energijos balansas: dėl visų rūšių spinduliuotės sugerties, šilumos laidumo ar medžiagos judėjimo įnešamos energijos kiekis yra lygus visų energijos nuostolių sumai. sluoksnio.
Bendrą Saulės spinduliuotę lemia jos sukuriamas apšvietimas Žemės paviršiuje – apie 100 tūkstančių liuksų, kai Saulė yra savo zenite. Už atmosferos, esant vidutiniam Žemės atstumui nuo Saulės, apšvietimas yra 127 tūkst. liuksų. Saulės šviesos stipris yra 2,84"1027 žvakės. Energijos kiekis, ateinantis per minutę į 1 cm 2 plotą, statmeną saulės spinduliams už atmosferos, esant vidutiniam Žemės atstumui nuo Saulės, vadinamas saulės konstanta.Suminės Saulės spinduliuotės galia 3,83 "1026 vatai, iš kurių apie 2"1017 vatų krenta ant Žemės, vidutinis Saulės paviršiaus ryškumas (kai stebimas už Žemės atmosferos ribų) yra 1,98" 10 9 nitai, saulės disko centro ryškumas yra 2,48"109 nitai. Saulės disko ryškumas mažėja nuo centro iki krašto, o šis sumažėjimas priklauso nuo bangos ilgio, todėl ryškumas saulės krašte diskas šviesai, kurio bangos ilgis 3600A, yra 0,2 jo centro ryškumo, o 5000A - apie 0,3 saulės disko centro ryškumo saulės disko kraštas Ryškumas sumažėja 100 kartų greičiau nei per vieną lanko sekundę, todėl saulės disko kraštas atrodo labai aštrus.
Saulės skleidžiamos šviesos spektrinė sudėtis, tai yra energijos pasiskirstymas Saulės centre (atsižvelgiant į absorbcijos žemės atmosferoje ir Fraunhoferio linijų įtaką), apskritai atitinka energijos pasiskirstymas apie 6000K temperatūros juodo kūno spinduliuotėje. Tačiau tam tikrose spektro dalyse yra pastebimų nukrypimų. Maksimali energija saulės spektre atitinka 4600A bangos ilgį. Saulės spektras nėra ištisinis spektras, kuriame yra daugiau nei 20 tūkstančių absorbcijos linijų (Fraunhoferio linijų). Daugiau nei 60 % jų buvo identifikuoti su žinomų cheminių elementų spektrinėmis linijomis, lyginant saulės spektro sugerties linijos bangos ilgius ir santykinį intensyvumą su laboratoriniais spektrais. Fraunhoferio linijų emisija suteikia informacijos ne tik apie saulės atmosferos cheminę sudėtį, bet ir apie fizines sąlygas tuose sluoksniuose, kuriuose susidaro tam tikros absorbcijos. Vyraujantis Saulės elementas yra vandenilis. Helio atomų skaičius yra 4–5 kartus mažesnis nei vandenilio. Visų kitų elementų atomų skaičius kartu yra mažiausiai 1000 kartų mažesnis nei vandenilio atomų skaičius. Tarp jų gausiausia deguonies, anglies, azoto, magnio, geležies ir kt. Saulės spektre taip pat galima nustatyti linijas, priklausančias tam tikroms molekulėms ir laisviesiems radikalams:
OH, NH, CH, CO ir kt.
Saulės magnetiniai laukai daugiausia matuojami Zeemano sugerties linijų padalijimu saulės spektre. Saulėje yra keletas magnetinių laukų tipų. Bendras Saulės magnetinis laukas yra mažas ir pasiekia 1 stiprumą to ar kito poliškumo ir kinta laikui bėgant. Šis laukas yra glaudžiai susijęs su tarpplanetiniu magnetiniu lauku ir jo sektoriaus struktūra. Magnetiniai laukai, susiję su saulės aktyvumu, saulės dėmėse gali siekti kelis tūkstančius Oe. Magnetinių laukų struktūra aktyviose srityse yra labai sudėtinga, kaitaliojasi skirtingo poliškumo magnetiniai poliai. Taip pat yra vietinių magnetinių regionų, kurių lauko stiprumas yra šimtai Oe už saulės dėmių ribų. Magnetiniai laukai prasiskverbia ir į chromosferą, ir į saulės vainiką. Magnetogazdinaminiai ir plazminiai procesai atlieka svarbų vaidmenį Saulėje. 5000 - 10000K temperatūroje dujos pakankamai jonizuotos, didelis jų laidumas, o dėl milžiniško saulės reiškinių masto elektromechaninės ir magnetomechaninės sąveikos reikšmė labai didelė.
Saulės atmosferą sudaro išoriniai sluoksniai, prieinami stebėtojams. Beveik visa saulės spinduliuotė patenka iš apatinės atmosferos dalies, vadinamos fotosfera. Remiantis spinduliuotės energijos perdavimo, radiacinės ir lokalios termodinaminės pusiausvyros lygtimis bei stebimu spinduliuotės srautu, teoriškai galima sukonstruoti temperatūros ir tankio pasiskirstymo su gyliu fotosferoje modelį. Fotosferos storis apie tris šimtus kilometrų, vidutinis tankis 3·10 kg/m 3. Temperatūra fotosferoje krenta, kai pereiname į daugiau išorinių sluoksnių, jos vidutinė vertė apie 6000 K, ties fotosferos riba – apie 4200 K. Slėgis svyruoja nuo 2·104 iki 102 n/m2. Konvekcijos egzistavimas subfotosferinėje Saulės zonoje pasireiškia netolygiu fotosferos ryškumu, jos matomais grūdeliais, vadinamais granulių struktūra. Granulės yra ryškios, mažiau apvalios dėmės. Granulių dydis 150 - 1000 km, tarnavimo laikas 5 - 10 min., atkarpą galima stebėti per 20 min. Kartais granulės sudaro iki 30 tūkstančių kilometrų dydžio grupes. Granulės yra 20% šviesesnės nei tarpkristalinės erdvės, o tai atitinka vidutinį temperatūros skirtumą viename zoologijos sode. Skirtingai nuo kitų Saulės paviršiaus darinių, granuliacija yra vienoda visose heliografinėse platumose ir Saulės aktyvumu. Chaotiškų judesių (turbulentinių greičių) greičiai pagal įvairius apibrėžimus yra 1 km/s. Fotosferoje buvo aptikti kvaziperiodiniai svyruojantys judesiai radialine kryptimi. Jie vyksta tūkstančių kilometrų plotuose maždaug penkių minučių periodu, o greičio amplitudė yra 500 m/kelis periodais, svyravimai tam tikroje vietoje išnyksta, tada gali vėl atsirasti. Stebėjimai taip pat parodė, kad egzistuoja ląstelės, kuriose judėjimas vyksta horizontalia kryptimi nuo ląstelės centro iki jos sienų. Tokių judesių greitis yra apie 500 m/sek. Ląstelių – supergranulių – matmenys – 30 tūkstančių kilometrų. Supergranulių padėtis sutampa su chromosferos tinklo ląstelėmis. Supergranulių ribose magnetinis laukas yra sustiprintas. Daroma prielaida, kad supergranulės atspindi tokio paties dydžio konvekcines ląsteles kelių tūkstančių kilometrų gylyje po paviršiumi. Iš pradžių buvo manoma, kad fotosfera skleidžia tik nuolatinę spinduliuotę, o virš jos esančiame atvirkštiniame sluoksnyje susidaro sugerties linijos. Vėliau buvo nustatyta, kad fotosferoje susidaro ir linijinis, ir ištisinis spektras. Tačiau norint supaprastinti matematinius skaičiavimus skaičiuojant spektrines linijas, kartais naudojama apverčiamojo sluoksnio sąvoka.
Fotosferoje dažnai pastebimos saulės dėmės ir dėmės. Saulės dėmės yra tamsūs dariniai, dažniausiai susidedantys iš tamsesnės šerdies (umbra) ir aplinkinės pusės. Dėmių skersmuo siekia du šimtus tūkstančių kilometrų. Kartais vieta yra apsupta šviesiu kraštu. Labai mažos dėmės vadinamos poromis. Dėmių gyvenimo trukmė svyruoja nuo kelių valandų iki kelių mėnesių. Saulės dėmių spektre yra dar daugiau sugerties linijų ir juostų nei fotosferos spektre; jis panašus į KO spektrinio tipo žvaigždės spektrą. Linijų poslinkiai dėmių spektre dėl Doplerio efekto rodo medžiagos judėjimą dėmėse – nutekėjimą žemesniuose lygiuose ir įtekėjimą aukštesniuose lygiuose, judėjimo greičiai siekia 3 tūkst.m/sek. Saulės dėmių ir fotosferos linijų intensyvumo ir ištisinio spektro palyginimai 1 tūkst. laipsnių (4500 K ir žemiau). Dėl to fotosferos fone dėmės atrodo tamsios, šerdies šviesumas yra 0,2 - 0,5 fotosferos ryškumo, pusės šviesumas yra apie 80% fotosferos. Visos saulės dėmės turi stiprų magnetinį lauką, kurio stiprumas siekia tūkstančius esterių didelėms saulės dėmėms. Paprastai dėmės sudaro grupes, kurios, atsižvelgiant į jų magnetinį lauką, gali būti vienpolios, bipolinės ir daugiapoliės, tai yra, turinčios daug skirtingo poliškumo dėmių, kurias dažnai vienija bendra pusumbra. Saulės dėmių grupes visada supa žvyneliai ir flokuliai, iškilimai, šalia jų kartais atsiranda saulės pliūpsniai, o virš jų esančioje Saulės vainikoje stebimi šalmų ir vėduoklių spindulių pavidalo dariniai – visa tai kartu sudaro aktyvų Saulės regioną. . Vidutinis metinis stebimų dėmių ir aktyvių regionų skaičius bei vidutinis jų užimamas plotas kinta maždaug 11 metų.
Tai vidutinė vertė, tačiau atskirų saulės aktyvumo ciklų trukmė svyruoja nuo 7,5 iki 16 metų. Didžiausias vienu metu Saulės paviršiuje matomų dėmių skaičius skirtingais ciklais skiriasi daugiau nei du kartus. Dėmės daugiausia randamos vadinamosiose karališkosiose zonose, besitęsiančiose nuo 5 iki 30 0 heliografinė platuma abiejose Saulės pusiaujo pusėse. Saulės aktyvumo ciklo pradžioje saulės dėmių vietos platuma yra didesnė, o ciklo pabaigoje – mažesnė, o aukštesnėse platumose aplink ciklą atsiranda saulės dėmės. Dažniau stebimos dvipolės saulės dėmių grupės, susidedančios iš dviejų didelių saulės dėmių - galvos ir vėlesnių, turinčių priešingą magnetinį poliškumą, ir kelių mažų. Galvos dėmės turi tą patį poliškumą per visą saulės aktyvumo ciklą; šie poliškumas yra priešingas šiauriniame ir pietiniame Saulės pusrutuliuose. Matyt, dėmės yra fotosferos įdubimai, o medžiagos tankis jose yra mažesnis už medžiagos tankį fotosferoje tame pačiame lygyje.
Aktyviuose Saulės regionuose stebimos fakulos – šviesūs fotosferiniai dariniai, matomi baltoje šviesoje daugiausia šalia Saulės disko krašto. Paprastai blyksniai atsiranda prieš dėmes ir išlieka kurį laiką po to, kai jie išnyksta. Blyksnių zonų plotas yra kelis kartus didesnis nei atitinkamos dėmių grupės plotas. Saulės disko fakulų skaičius priklauso nuo saulės aktyvumo ciklo fazės. Fakulai turi didžiausią kontrastą (18%) šalia saulės disko krašto, bet ne pačiame krašte. Saulės disko centre fakulai praktiškai nematomi, jų kontrastas labai mažas. Degikliai turi sudėtingą pluoštinę struktūrą, jų kontrastas priklauso nuo bangos ilgio, kuriame atliekami stebėjimai. Deglų temperatūra keliais šimtais laipsnių aukštesnė už fotosferos temperatūrą, bendra spinduliuotė iš vieno kvadratinio centimetro fotosferos spinduliuotę viršija 3%. Matyt, fakelai šiek tiek pakyla virš fotosferos. Vidutinė jų egzistavimo trukmė yra 15 dienų, bet gali siekti beveik tris mėnesius.
Virš fotosferos yra Saulės atmosferos sluoksnis, vadinamas chromosfera. Be specialių teleskopų chromosfera matoma tik visiško saulės užtemimo metu kaip rožinis žiedas, supantis tamsų diską tomis minutėmis, kai Mėnulis visiškai uždengia fotosferą. Tada galima stebėti chromosferos spektrą. Saulės disko pakraštyje chromosfera stebėtojui atrodo kaip nelygi juostelė, iš kurios kyšo atskiri chromosferos spygliuočių dantys. Spygliuočių skersmuo – 200 kilometrų, aukštis – apie 10 000 kilometrų, plazmos kilimo spartose greitis – iki 30 km/sek. Saulėje vienu metu yra iki 250 tūkst. Stebint monochromatinėje šviesoje, saulės diske matomas ryškus chromosferos tinklas, susidedantis iš atskirų mazgelių – mažų, kurių skersmuo iki 1000 km, ir didelių, kurių skersmuo nuo 2000 iki 8000 km. Dideli mazgeliai yra mažų mazgų sankaupos. Tinklelio elementų matmenys yra 30 tūkstančių kilometrų. Manoma, kad chromosferos tinklo ląstelių ribose susidaro spikulai. Chromosferos tankis mažėja didėjant atstumui nuo Saulės centro. Atomų skaičius viename kubiniame centimetre svyruoja nuo 10 15 šalia fotosferos iki 10 9 viršutinėje chromosferos dalyje. Ištyrus chromosferos spektrus, buvo padaryta išvada, kad sluoksnyje, kuriame vyksta perėjimas iš fotosferos į chromosferą, temperatūra praeina per minimumą ir, didėjant aukščiui virš chromosferos pagrindo, tampa lygi 8 tūkst. Kelvinų, o kelių tūkstančių kilometrų aukštyje siekia 15 tūkst. Nustatyta, kad chromosferoje vyksta chaotiškas dujų masių judėjimas iki 15·10 3 m/sek greičiu. Chromosferoje aktyviuose regionuose matomi šviesūs dariniai, paprastai vadinami flokuliais. Raudonoje vandenilio spektro linijoje matomi tamsūs dariniai, vadinami gijomis. Saulės disko krašte gijos išsikiša už disko ir yra stebimos danguje kaip ryškios iškilios vietos. Dažniausiai gijos ir iškilimai randami keturiose zonose, esančiose simetriškai Saulės pusiaujo atžvilgiu: poliarinėse zonose į šiaurę nuo +40 0 ir į pietus nuo -40 0 heliografinės platumos ir žemų platumų zonose apie 30 0 saulės aktyvumo ciklo pradžioje. ir 17 0 ciklo pabaigoje. Žemų platumų zonų siūlai ir iškilimai rodo aiškiai apibrėžtą 11 metų ciklą, jų maksimumas sutampa su saulės dėmių maksimumu. Aukštų platumų iškilimuose priklausomybė nuo saulės aktyvumo ciklų fazių yra ne tokia ryški, maksimumas būna praėjus dvejiems metams po dėmių maksimumo. Gijos, kurios yra tyliai iškilusios, gali pasiekti saulės spindulio ilgį ir egzistuoti keletą Saulės apsisukimų. Vidutinis iškilimų aukštis virš Saulės paviršiaus yra 30 tūkstančių kilometrų, vidutinis ilgis – 200 tūkstančių kilometrų, plotis – 5 tūkstančiai kilometrų. Remiantis A.B.Severny tyrimais, visus iškilumus pagal judėjimo pobūdį galima suskirstyti į 3 grupes: elektromagnetinius, kuriuose judesiai vyksta tvarkingomis lenktomis trajektorijomis – magnetinio lauko linijomis; chaotiškas, kuriame vyrauja netvarkingi turbulentingi judesiai (greičiai maždaug 10 km/sek); išsiveržiantis, kai pradinio tylaus iškilimo substancija chaotiškais judesiais staiga išstumiama didėjančiu greičiu (pasiekiant 700 km/sek.) toliau nuo Saulės. Iškyšulių (gijų) temperatūra yra 5 tūkst. Kelvinų, tankis artimas vidutiniam chromosferos tankiui. Gijos, kurios yra aktyvios, greitai keičiasi iškilimai, paprastai smarkiai pasikeičia per kelias valandas ar net minutes. Judėjimo iškilimų vietose forma ir pobūdis yra glaudžiai susiję su magnetiniu lauku chromosferoje ir saulės vainikoje.
Saulės vainikas yra atokiausia ir trapiausia saulės atmosferos dalis, besitęsianti per kelis (daugiau) saulės spindulius. Iki 1931 m. vainiką buvo galima stebėti tik visiško Saulės užtemimo metu kaip sidabriškai perlamutrinį švytėjimą aplink Saulę, uždengtą Mėnulio. Karūnoje aiškiai išsiskiria jo struktūros detalės: šalmai, vėduoklės, vainikiniai spinduliai ir poliariniai šepečiai. Po koronagrafo išradimo Saulės vainiką pradėta stebėti ne užtemimų metu. Bendra vainiko forma kinta priklausomai nuo Saulės aktyvumo ciklo fazės: minimumo metais vainika stipriai pailgėja išilgai pusiaujo, maksimumo metais – beveik sferinė. Baltoje šviesoje saulės vainiko paviršiaus ryškumas yra milijoną kartų mažesnis už saulės disko centro šviesumą. Jo švytėjimas susidaro daugiausia dėl fotosferos spinduliuotės sklaidos laisvaisiais elektronais. Beveik visi karūnos atomai yra jonizuoti. Jonų ir laisvųjų elektronų koncentracija vainiko pagrinde yra 10 9 dalelės 1 cm 3. Korona kaitinama panašiai kaip chromosfera. Didžiausias energijos išsiskyrimas vyksta apatinėje vainiko dalyje, tačiau dėl didelio šilumos laidumo vainikėlis yra beveik izoterminis – temperatūra į išorę krenta labai lėtai. Energijos nutekėjimas koronoje vyksta keliais būdais. Apatinėje vainiko dalyje pagrindinis vaidmuo tenka energijos perdavimui žemyn dėl šilumos laidumo. Energijos praradimą sukelia greičiausių dalelių pasitraukimas iš vainiko. Išorinėse vainiko dalyse didžiąją dalį energijos nuneša saulės vėjas – vainikinių dujų srautas, kurio greitis didėja didėjant atstumui nuo Saulės nuo kelių km/s jos paviršiuje iki 450 km/sek. atstumas nuo Žemės. Temperatūra vainikinėje viršija 10 6 K. Aktyviuose vainiko sluoksniuose temperatūra yra aukštesnė - iki 10 7 K. Virš aktyvių sričių gali susidaryti vadinamosios vainikinės kondensacijos, kuriose dalelių koncentracija padidėja dešimtimis laikai. Dalis vainiko viduje esančios spinduliuotės yra daug jonizuotų geležies, kalcio, magnio, anglies, sieros ir kitų cheminių elementų atomų emisijos linijos. Jie stebimi tiek matomoje spektro dalyje, tiek ultravioletinėje srityje. Saulės vainikas sukuria saulės radijo spinduliuotę skaitiklio diapazone ir rentgeno spinduliuotę, kuri aktyviuose regionuose sustiprinama daug kartų. Kaip parodė skaičiavimai, saulės vainikas nėra pusiausvyroje su tarpplanetine terpe. Dalelių srautai sklinda iš vainiko į tarpplanetinę erdvę, sudarydami saulės vėją. Tarp chromosferos ir vainiko yra gana plonas pereinamasis sluoksnis, kuriame staigiai pakyla temperatūra iki vainikai būdingų verčių. Sąlygas jame lemia energijos srautas iš vainiko dėl šilumos laidumo. Pereinamasis sluoksnis yra daugumos saulės ultravioletinės spinduliuotės šaltinis. Chromosfera, pereinamasis sluoksnis ir vainikas sukuria visą stebimą Saulės radijo spinduliuotę. Aktyviuose regionuose keičiasi chromosferos, vainiko ir pereinamojo sluoksnio struktūra. Tačiau šis pokytis dar nėra gerai suprantamas (3).
Aktyviuose chromosferos regionuose stebimas staigus ir gana trumpalaikis ryškumo padidėjimas, matomas daugelyje spektro linijų vienu metu. Šios ryškios formacijos trunka nuo kelių minučių iki kelių valandų. Jie vadinami saulės blyksniais (anksčiau vadinti chromosferos blyksniais). Blyksniai geriausiai matomi vandenilio linijos šviesoje, tačiau ryškiausi kartais matomi baltoje šviesoje. Saulės pliūpsnio spektre yra keli šimtai įvairių elementų – neutralių ir jonizuotų – emisijos linijų. Tų Saulės atmosferos sluoksnių, kurie švyti chromosferos linijose, temperatūra yra (1 -) · 10 4 K, aukštesniuose sluoksniuose - iki 10 7 K. Dalelių tankis blykste siekia 10 13 - 10 14 Vienoje kubinis centimetras. Saulės žybsnių plotas gali siekti 10 15 m2. Paprastai saulės blyksniai vyksta šalia greitai besivystančių saulės dėmių grupių, turinčių sudėtingos konfigūracijos magnetinį lauką. Juos lydi skaidulų ir flokulų aktyvinimas, taip pat medžiagų išmetimas. Blyksnio metu išsiskiria didelis energijos kiekis (iki 10 21 - 10 25 džaulių). Daroma prielaida, kad saulės pliūpsnio energija iš pradžių kaupiama magnetiniame lauke, o po to greitai išleidžiama, o tai sukelia vietinį protonų ir elektronų kaitinimą ir pagreitį, todėl dujos toliau įkaista, jos švyti įvairiose elektromagnetinės spinduliuotės dalyse. spektrą, ir smūginės bangos susidarymą. Saulės pliūpsniai žymiai padidina Saulės ultravioletinę spinduliuotę ir yra kartu su rentgeno spindulių pliūpsniais (kartais labai galingais), radijo spinduliuotės pliūpsniais ir iki 10 10 eV išskiriamų didelės energijos korpusų. Kartais rentgeno spinduliuotė stebima nepadidinant švytėjimo chromosferoje. Kai kuriuos pliūpsnius (vadinamus protonų pliūpsniais) lydi ypač stiprūs energetinių dalelių srautai iš Saulės kilmės kosminių spindulių. Protonų pliūpsniai kelia pavojų astronautams skrendant, nes energingos dalelės, susidūrusios su laivo korpuso atomais, sukuria rentgeno ir gama spinduliuotę, kartais pavojingomis dozėmis.
PI skyrius. ll metų saulės aktyvumo ciklas ir jo priežastys
Saulės aktyvumo lygis (aktyvių regionų ir saulės dėmių skaičius, saulės žybsnių skaičius ir galia ir kt.) keičiasi maždaug per laikotarpį. 11 metų. Taip pat yra silpnų 11 metų ciklo maksimumų dydžio svyravimų, kurių laikotarpis yra apie 90 metų. Žemėje 11 metų ciklą galima atsekti daugelyje organinio ir neorganinio pobūdžio reiškinių (magnetinio lauko trikdžiai, auroros, jonosferos trikdžiai, medžių augimo greičio pokyčiai, kurių periodas yra apie 11 metų, nustatytas kintant metinių žiedų storiui ir pan.). Žemiškuosius procesus taip pat aktyviai veikia atskiri aktyvūs Saulės regionai ir juose atsirandantys trumpalaikiai, bet kartais labai galingi blyksniai. Atskiro Saulės magnetinio regiono gyvavimo laikas gali siekti vienerius metus. Šio regiono sukelti magnetosferos ir viršutinės Žemės atmosferos trikdžiai kartojasi po 27 dienų (nuo Žemės stebimas Saulės sukimosi periodas). Galingiausios apraiškos pasireiškia nereguliariai (dažniausiai arti didžiausio aktyvumo laikotarpių), jų trukmė – 5 minutės, retai – kelios valandos. Chromosferos blyksnio energija gali siekti 10 25 džaulius, o blyksnio metu išsiskiriančios energijos tik 1 % sudaro elektromagnetinė spinduliuotė optiniame diapazone. Lyginant su bendra Saulės spinduliuote optiniame diapazone, blykstės energija nėra didelė, tačiau trumpųjų bangų spinduliuotė ir žybsnių metu susidarantys elektronai, o kartais ir saulės kosminiai spinduliai, gali labai prisidėti prie X. -Saulės spinduliuotė ir korpuskulinė spinduliuotė. Padidėjusio saulės aktyvumo laikotarpiais jos rentgeno spinduliuotė 30 nm diapazone padidėja du kartus, 10 nm diapazone – 3 kartus, 1 – 0,2 nm diapazone – daugiau nei šimtą kartų. Mažėjant spinduliuotės bangos ilgiui, aktyvių sričių indėlis į bendrą Saulės spinduliuotę didėja, o paskutiniame iš nurodytų diapazonų beveik visa spinduliuotė atsiranda dėl aktyvių sričių. Kietieji rentgeno spinduliai, kurių bangos ilgis mažesnis nei 0,2 nm, Saulės spektre pasirodo tik trumpam po blyksnių.
Ultravioletinių spindulių diapazone (bangos ilgis 180 nm) saulės spinduliuotė per 11 metų ciklą pasikeičia tik 1%, o 290 nm diapazone išlieka beveik pastovi ir siekia 3,6. 10 26 vatai.
Energijos, kurią Žemė gauna iš Saulės, pastovumas užtikrina stacionarų Žemės šiluminį balansą. Saulės aktyvumas neturi didelės įtakos Žemės, kaip planetos, energijai, tačiau atskiri chromosferos žybsnių komponentai gali turėti didelės įtakos daugeliui fizinių, biofizinių ir biocheminių procesų Žemėje.
Aktyvios sritys yra galingas korpuskulinės spinduliuotės šaltinis. Dalelės, kurių energija yra apie 1 keV (daugiausia protonai), sklindančios išilgai tarpplanetinio magnetinio lauko linijų iš aktyvių regionų, sustiprina saulės vėją. Šie saulės vėjo padidėjimai (gūsiai) kartojasi po 27 dienų ir vadinami pasikartojančiais. Panašūs srautai, bet dar didesnio energijos ir tankio, kyla pliūpsnių metu. Jie sukelia vadinamuosius sporadinius saulės vėjo trikdžius ir pasiekia Žemę laiko intervalais nuo 8 valandų iki 2 dienų. Didelės energijos protonai (nuo 100 MeV iki 1 GeV) iš labai stiprių „protoninių“ pliūpsnių ir 10 keV energijos elektronai, kurie yra saulės kosminių spindulių dalis, į Žemę atkeliauja praėjus dešimčiai minučių po pliūpsnių; Kiek vėliau ateina tie, kurie pateko į tarpplanetinio magnetinio lauko „spąstus“ ir judėjo kartu su saulės vėju. Trumpųjų bangų spinduliuotė ir saulės kosminiai spinduliai (didelėse platumose) jonizuoja žemės atmosferą, o tai lemia jos skaidrumo svyravimus ultravioletinių ir infraraudonųjų spindulių diapazonuose, taip pat trumpųjų radijo bangų sklidimo sąlygų pokyčius (kai kuriais atvejais). , pastebimi radijo ryšio sutrikimai).
Blyksnio sukeltas saulės vėjo sustiprėjimas lemia Žemės magnetosferos suspaudimą saulės pusėje, srovių padidėjimą jos išorinėje riboje, dalinį saulės vėjo dalelių prasiskverbimą gilyn į magnetosferą, didelės energijos dalelių pasipildymą Žemės radiacijoje. diržai ir kt. Šiuos procesus lydi geomagnetinio lauko stiprumo svyravimai (magnetinė audra), pašvaistės ir kiti geofiziniai reiškiniai, atspindintys bendrą žemės magnetinio lauko trikdymą. Aktyvių procesų Saulei (saulės audrų) poveikis geofiziniams reiškiniams vykdomas tiek trumpųjų bangų spinduliuote, tiek per Žemės magnetinį lauką. Matyt, šie veiksniai yra pagrindiniai fizikiniams ir cheminiams bei biologiniams procesams. Dar nepavyko atsekti visos ryšių grandinės, lemiančios daugelio Žemėje vykstančių procesų 11 metų periodiškumą, tačiau sukaupta plati faktinė medžiaga nekelia abejonių dėl tokių ryšių egzistavimo. Taigi nustatyta koreliacija tarp 11 metų saulės aktyvumo ciklo ir žemės drebėjimų, žemės ūkio derliaus, širdies ir kraujagyslių ligų skaičiaus ir kt. Šie duomenys rodo nuolatinį saulės ir žemės jungčių veikimą.
Naudodami duomenis iš Tbilisio astronomijos observatorijos, bandėme sukurti vaizdinį saulės aktyvumo pokyčių per laikotarpį vaizdą. nuo 1655 m iki 1944 m ir sužinojo, kad:
Saulės stebėjimai atliekami naudojant mažus ar vidutinio dydžio refraktorius ir didelius atspindinčius teleskopus, kuriuose didžioji dalis optikos yra stacionari, o saulės spinduliai nukreipiami į horizontalų arba bokšto teleskopo laikiklį, naudojant vieną ar du judančius veidrodžius. Sukurtas specialus saulės teleskopo tipas – užtemimo koronografas. Koronografo viduje Saulė užtamsinta specialiu nepermatomu ekranu. Koronografe išsklaidytos šviesos kiekis sumažinamas daug kartų, todėl atokiausius Saulės atmosferos sluoksnius galima stebėti ne užtemimo metu. Saulės teleskopai dažnai būna su siaurajuosčiais filtrais, leidžiančiais stebėti vienos spektrinės linijos šviesą. Taip pat sukurti kintamo radialinio skaidrumo neutralaus tankio filtrai, leidžiantys stebėti Saulės vainiką kelių saulės spindulių atstumu. Paprastai dideli saulės teleskopai yra aprūpinti galingais spektrografais su fotografiniu arba fotoelektriniu spektrų įrašymu. Spektrografas taip pat gali turėti magnetografą – prietaisą, skirtą Zemano skilimui ir spektrinių linijų poliarizacijai tirti bei Saulės magnetinio lauko dydžiui ir krypčiai nustatyti. Poreikis pašalinti Žemės atmosferos išplovimo efektą, taip pat Saulės spinduliuotės ultravioletinėje, infraraudonojoje ir kai kuriuose kituose Žemės atmosferoje sugeriamos spektro regionuose tyrimai paskatino sukurti orbitines observatorijas už atmosferos ribų. , leidžiantis gauti Saulės spektrus ir atskirus darinius jos paviršiuje už Žemės atmosferos ribų.
Kartkartėmis jie pasirodo saulės atmosferoje aktyvios zonos, kurių skaičius reguliariai keičiasi su ciklu vidutiniškai apie 11 metų.
Aktyvaus regiono atsiradimą rodo saulės dėmės, stebimas fotosferoje. Jie atsiranda mažų juodų taškelių – porų pavidalu. Per kelias dienas poros virsta dideliais tamsiais dariniais. Paprastai dėmė yra apsupta mažiau tamsios pusės, susidedančios iš radialiai pailgų venų. Dėmė atrodo kaip „skylė“ Saulės paviršiuje, tačiau ji tokia didelė, kad į ją nesunkiai galima įmesti Žemės dydžio „rutulį“.
Jei Saulę stebite diena iš dienos, tai pagal dėmių judėjimą galite būti tikri, kad ji sukasi aplink savo ašį ir maždaug po 27 dienų viena ar kita dėmė grįžta į beveik tą pačią saulės disko vietą. Skirtingose platumose Saulės sukimosi greitis yra skirtingas, prie pusiaujo – greitesnis, o ašigalių – lėtesnis.
Prieš atsirandant dėmėms, nedidelėje fotosferos srityje atsiranda sritis - žibintuvėlis, geriausiai stebimas saulės disko pakraštyje. Fakelai yra keliais šimtais kelvinų karštesni nei fotosfera. Atmosfera virš fakelų taip pat karštesnė ir tankesnė. Dėmės visada yra apsuptos fakulų, kurių centrinėje saulės disko dalyje beveik nesimato. Kai plunksna auga aktyvioje srityje, magnetinis laukas palaipsniui stiprėja, ypač mažame plote, kur vėliau gali susidaryti dėmė. Dėmės turi stiprų magnetinį lauką, kuris sustabdo bet kokį jonizuotų dujų judėjimą. Todėl saulės dėmės zonoje po fotosfera sustoja įprasta konvekcija ir taip sustoja papildomas energijos perdavimas iš gilesnių sluoksnių į išorę. Pasirodo, dėmės temperatūra yra maždaug 1000 K žemesnė nei aplinkinės fotosferos, prieš kurią ji atrodo tamsi. Degiklio išvaizda taip pat paaiškinama magnetiniu lauku, tačiau tik silpnesniu. Kai jis negali sustabdyti konvekcijos, slopinamas tik atsitiktinis kylančių dujų srautų judėjimas konvekcinėje zonoje. Todėl stulpelyje karštos dujos lengviau kyla iš gelmių ir daro ją šviesesnę nei aplinkinė fotosfera.
Aktyvios saulės dėmių ir fakulų srities matmenys ir vieta yra glaudžiai susiję su konvekcine zona: atskiros dėmės šešėlis dengia vieną ar kelias tarpinės konvekcinės zonos pakopos ląsteles, kurios, kaip taisyklė, yra mazguose. (ribų susikirtimo vietos) giliausios pakopos milžiniškų ląstelių. Dažniausiai dėmės atsiranda ištisomis grupėmis, iš kurių du Didžiausios dėmės yra vienos rytiniame, o kitos vakariniame grupės krašte, turinčios priešingą magnetinio lauko poliškumą. Tokios dėmių grupės vadinamos dvipolis. Regionas, kurį užima visa bipolinė grupė, savo dydžiu sutampa su konvekcinės zonos milžiniška ląstele.
Chromosferoje ir vainikinėje virš aktyviojo regiono stebima daug labai įdomių reiškinių.
Tai apima chromosferos blyksnius ir iškilimus. (9 pav.)
Blyksniai– vienas greičiausių procesų Saulėje. Paprastai jie prasideda nuo to, kad per kelias minutes ryškiai tam tikru momentu aktyvioje srityje, ypač vandenilio atomų ir kalcio jonų skleidžiamuose spinduliuose, labai padidėja. Buvo labai stiprūs blyksniai, kurie buvo ryškesni nei akinanti fotosfera. Po kelių dešimčių minučių uždegimo švytėjimas palaipsniui silpnėja iki pradinės būsenos. Blyksniai atsiranda dėl ypatingų magnetinių laukų pokyčių, dėl kurių staigiai suspaudžiama chromosferos medžiaga.(10 pav.) Vyksta kažkas panašaus į sprogimą, susidaro kryptingas labai greitai įkrautų dalelių ir kosminių spindulių srautas. Šis srautas, eidamas per vainiką, neša su savimi plazmos daleles; dalelės vibruoja ir skleidžia radijo bangas.
Nedidelis blykstės užimamas plotas (tik keli šimtai tūkstančių kvadratinių kilometrų) sukuria labai galingą spinduliuotę. Jį sudaro rentgeno spinduliai, ultravioletiniai ir matomi spinduliai, radijo bangos, greitos dalelės (kūneliai), judančios tūkstančius kilometrų per sekundę greičiu, ir kosminiai spinduliai. Visos šios spinduliuotės rūšys stipriai veikia žemės atmosferą, ypač jos viršutinius sluoksnius.
Ultravioletiniai ir rentgeno spinduliai pirmieji pasiekia Žemę, pirmiausia viršutinius, jonizuotus jos atmosferos sluoksnius – jonosferą. Radijo bangų sklidimas ir radijo transliacijų girdimumas priklauso nuo žemės jonosferos būklės. Veikiant saulės ultravioletiniams ir rentgeno spinduliams, jonosferos jonizacija didėja. Apatiniuose jo sluoksniuose trumpos radijo bangos pradeda stipriai sugerti. Dėl šios priežasties trumpųjų bangų radijo transliacijų girdimumas išnyksta. Tuo pačiu metu jonosfera įgyja galimybę geriau atspindėti ilgas radijo bangas. Todėl saulės pliūpsnio metu galima aptikti staigų tolimų ilgųjų bangų radijo stoties girdimumo padidėjimą.
Dalelių – kraujo kūnelių – srautas pasiekia Žemę tik praėjus maždaug parai po Saulės žybsnio. „Pralauždamas“ Saulės vainiką, korpuskulinis srautas traukia jos medžiagą į ilgus spindulius, būdingus jos struktūroms.
Netoli Žemės ląstelių srautas susitinka su Žemės magnetiniu lauku, kuris nepraleidžia įkrautų dalelių. Tačiau sunku sustabdyti dideliu greičiu judančias daleles. Jie prasiskverbia pro barjerą ir tarsi spaudžia Žemės rutulį supančias magnetines jėgos linijas. Tai sukelia vadinamąją magnetinę audrą žemėje, kuri susideda iš greitų ir nereguliarių magnetinio lauko pokyčių. Magnetinių audrų metu kompaso rodyklė netvarkingai svyruoja, todėl juo naudotis neįmanoma.
Artėjant prie Žemės saulės dalelių srautas prasiveržia į Žemę supančius labai greitai įkrautų dalelių sluoksnius, sudarydamas radiacijos juostas. Kai kurios Saulės dalelės, praplaukusios per šias juostas, prasiskverbia giliau į viršutinius atmosferos sluoksnius ir sukelia labai gražius oro švytėjimus – pašvaistę.
Taigi saulės pliūpsniai sukelia svarbių pasekmių ir yra glaudžiai susiję su įvairiais Žemėje vykstančiais reiškiniais. Įdomūs reiškiniai vyksta ir vainikinėje virš aktyviojo regiono. Kartais vainiko medžiaga pradeda ryškiai švytėti ir matyti, kaip jos srautai veržiasi į chromosferą. Šie milžiniški karštų dujų debesys, kurių ilgis siekia dešimtis tūkstančių kilometrų, vadinami iškilimai.( 9 pav ) Iškilimai Jie stebina savo formų įvairove, turtinga struktūra, sudėtingais atskirų mazgų judesiais ir staigiais pokyčiais, po kurių seka ilgas ramaus egzistavimo laikotarpis. Iškyšos yra tankesnės ir vėsesnės nei aplinkinė vainikinė dalis, o jų temperatūra yra tokia pati kaip chromosferos. Iškilimų išvaizdą ir judėjimą įtakoja magnetiniai laukai. Matyt, šie laukai yra pagrindinė visų aktyvių Saulės atmosferoje vykstančių reiškinių priežastis.
Saulės aktyvumo cikliškumas yra susijęs su magnetiniais laukais. Tai nesunku pastebėti, jei diena po dienos skaičiuojate dėmes ant Saulės. Ciklo pradžioje dėmių nėra arba beveik nėra. Ši era vadinama minimumas. Tada dėmės atsiranda toli nuo saulės pusiaujo. Palaipsniui jų, kaip ir dvipolių grupių, skaičius didėja, o dėmės atsiranda vis arčiau pusiaujo. Po 3-4 metų ateina maksimalus saulės dėmės, pasižyminčios didžiausiu aktyvių darinių skaičiumi Saulėje. Tada saulės aktyvumas atslūgsta, o po maždaug 11 metų ateina mažiausiai.
Per visą Saulės aktyvumo ciklą išlaikoma ta pati dvipolių grupių poliškumo seka, kuri yra priešinga šiauriniame ir pietiniame Saulės pusrutuliuose. Taigi, pavyzdžiui, jei šiauriniame pusrutulyje per visą ciklą visos vakarinės grupių dėmės (vadinamos pirmaujančiomis) turi šiaurinį poliškumą, tai rytinės dėmės (uodega) turi pietinį poliškumą. Pietiniame pusrutulyje yra atvirkščiai. Kitame cikle poliškumo seka būtinai pasikeičia į priešingą.
Saulės aktyvumo periodiškumas vis dar tebėra žavinga Saulės paslaptis.
Tik pastaraisiais metais pavyko priartėti prie jos sprendimo. Matyt, tai siejama su sudėtinga jonizuotos Saulės medžiagos ir jos bendro magnetinio lauko sąveika. Šios sąveikos rezultatas yra periodiškas magnetinių laukų padidėjimas, dėl kurio atsiranda saulės dėmių ir kitų aktyvių darinių.
Saulė yra viena iš daugybės žvaigždžių, savaime šviečiančių, karštų dujų kamuoliukų. Todėl tyrinėdami Saulę sužinome apie procesus, kurie turi vykti ir daugelyje kitų žvaigždžių, kurios dėl savo atokumo dar nėra prieinamos tokiam išsamiam tyrimui.
IV skyrius. Eksperimentinė dalis.
Tyrinėdamas Saulės elgesį pastaraisiais metais ir siedamas saulės dėmių buvimą su vienuolikos metų saulės aktyvumo ciklu, apskaičiavau vienos iš saulės dėmių plotą. Skaičiavimui reikalingi papildomi duomenys apie centrinio saulės disko padėties kampą ir platumą.
Norint naudoti ortografinį tinklelį, būtina žinoti padėties kampą β ir geometrinę platumą β apie saulės disko centrą. Šiuos duomenis galima rasti astronominio kalendoriaus metraštyje.
Padėties kampas P, matuojamas nuo vidurio taško, yra šis kampas, apibrėžiantis projekcijos padėtį.
Apskaičiuokime dėmių plotą: α n = 0,2 mm
D s = 12800 km.
R s = 109 R s
R = 6400 km
R = su vaizdu 5 cm
R n = 0,1 mm (vaizdas)
R s – R s (vaizdas)
R n – R n (vaizdas)
R= R Su * R P nuo - 109 * Rз * 0,1 = 109 * 6400 =1395,2 km
n,
R sizobr 50 500
R n = 0,218 R z
Ši vieta yra 20 kartų didesnė už Žemės spindulį
S = pR2 = z, 14 (0,22 R z )2 = 0,222 (3,14 · R 2 s) = 0,22 2 · S з =0,05 · S з Sn = 0,05 · 3,14 · 6400 2 = 643 · 10 4 (KM 2)
Dabar nustatykime saulės aktyvumą. Jis nustatomas nuo 1748 m. pagal dėmių skaičių. Vilkas įvedė skaičių dėmėms nustatyti, kuris vadinamas Vilko skaičiumi:
W=K(f + 10q)
K – skaičius, apibūdinantis teleskopo gebėjimą f – dėmių skaičius; q yra dėmių grupių skaičius.
q = 2 W = 7 + 10 2 = 27 f = 7
Peak≈200 dėmių
Nustatyti saulės dėmes, atsižvelgiant į vilkų skaičių nuo 1940 iki 2005 m. sukūrėme grafiką.[l]
Grafike rodomi maksimumai ir minimumai, pastebėti po vienuolikos metų. 2005 metais Saulės dėmių skaičius dėl didelio saulės aktyvumo turėtų pasiekti maždaug 200 saulės dėmių piką.
Analizuodamas laboratorinius duomenis, sukūriau saulės dėmių grafiką atsižvelgdamas į Vilko skaičių 1850-1940 m. Ir grafikas, rodantis minimalaus saulės aktyvumo ciklo 80-90 metų ciklo epochą 1632-1947 metais pagal Ginzburgą.
Išvada.
Šios astrofizikos srities tyrimai yra labai svarbūs.
Pirma, eksperimentiškai buvo atrastas kosminių spindulių moduliavimo saulės reiškinys, kurio teorija nenumatė. Antra, 11 metų Saulės aktyvumo ciklo tyrimai yra susiję su Saulės pliūpsniais ir įvairiais Žemėje vykstančiais reiškiniais. Šie tyrimai leidžia analizuoti atšilimo Žemėje reiškinius ir temperatūrų mažėjimą tam tikru periodiškumu. Remiantis šiais tyrimais, galima daryti prielaidą, kad planetos atšilimas yra susijęs su padidėjusio saulės aktyvumo periodu. Per pastaruosius 2 metus stebėjome laipsnišką Saulės aktyvumo mažėjimą; atšilimas Žemėje bus žymiai mažesnis nei ankstesniais metais, kai Saulė buvo didžiausia.
Taigi eksperimentinės astrofizikos galimybės yra labai svarbios tiek tiriant ir tiriant unikalius galingus reiškinius, tiek Saulės sistemos ir visos galaktikos radiacijos istoriją.
Naudotos literatūros sąrašas
1. Ginzburg V.L., Syrovsky S.I., „Kosminių spindulių kilmė ir saulės kitimai“ // Maskva, 1963 m.
2. Ginzburg V.L., „11 metų saulės aktyvumo ciklo tyrimas“ // Maskva, 1968 m.
Dormanas L.I. „Kosminių spindulių variacijos ir kosmoso tyrinėjimas“ // Maskva, 1969 m. 4. Dormanas L.I., Mirošničenka L.I. „Saulės kosminiai spinduliai“ // Maskva, 1968 m.
5. Dormanas L.I., Smirnovas V.S., Tyasto M.I. „Kosminiai spinduliai Žemės magnetiniame lauke“ // Maskva, 1971 m.
Koptevas Yu.I., Nikitinas S.A. Kolekcija. Populiarioji mokslo literatūra // Maskva, 1987 m.
Klimishin I.A. „Mūsų dienų astronomija“ // Maskva, 1976 m.
