Солнечная активность
Солнце – не самая стабильная звезда. Внутри него постоянно протекают различные процессы, влияющие на силу солнечного излучения, отчего она регулярно меняется. Это и есть солнечная активность, и выражаться она может в разных формах. В каких именно, вы сегодня и узнаете.
Солнечные пятна
Солнечные пятна – это области фотосферы звезды, из которых выходят чрезвычайно мощные магнитные поля. В результате таких выбросов эти зоны начинают темнеть. Происходит это потому, что в это время значительно уменьшается перенос тепловой энергии через эти конкретные области. Пятна на Солнце – обычное явление, происходящее там постоянно. Истории известны лишь два временных периода, когда их не было совсем. Они названы минимумами Шперера и Маундера, и протекали несколько десятков лет в 13-14 и 17-18 веках. Самое большое количество пятен на Солнце было обнаружено в 1947 году. Их общая площадь составляла 18 миллиардов квадратных километров, что в сотню раз больше Земли.
Солнечные вспышки
В отличие от пятен, где потоки энергии замедляются, в этом случае они, наоборот, увеличиваются до таких масштабов, что происходит мощный взрыв. Вспышка прорывается через всю атмосферу с большой скоростью. За пару минут происходит высвобождение энергии объемом в несколько миллиардов мегатонн. После этого вырвавшееся излучение превращается в поток и несется по космосу на огромных скоростях. Это явление называется солнечным ветром, и после высвобождения оно достигает Земли примерно за 2-3 дня.
Солнечные вспышки
Корональные выбросы
Так называют выбросы вещества из солнечной короны. Энергия долго копится в зонах солнечной активности, а затем выбрасывается наружу, образуя эдакую огромную петлю. По большей части она состоит из плазмы.
Протуберанцы
Над самой поверхностью Солнца имеются «залежи» более холодного вещества. Их нельзя назвать залежами в привычном нам понимании, потому что они даже не лежат, а постоянно двигаются. Это огромные сгустки плазмы, удерживаемые магнитным полем. Они и называются протуберанцы.
Протуберанцы
Влияние на Землю
Солнечная активность оказывает непосредственное влияние как на Землю, так и на людей. Без всех этих процессов жизнь на нашей планете не существовала бы, но они же являются и одной из главных угроз для нас.
Магнитное поле Земли надежно защищает ее от облучения солнечным ветром, который происходит в результате вспышек. В полярных широтах это особенно наглядно показано. Там ветер все-таки проскальзывает сквозь магнитное поле, вызывая северное сияние.
Влияние на человека
Северное сияние – безусловно очень красивое явление, однако это не единственный побочный эффект солнечной активности. Нас также преследуют магнитные бури, которые негативно влияют не только на технику, но и на людей.
Активность на Солнце может стать причиной возникновения болезней сердечно-сосудистой системы и даже целой чумы. Ученый Чижевский еще в прошлом веке сопоставил периоды эпидемий и солнечной активности. Исследования показали, что все эти болезни пришлись на самый ее пик.
Японские ученые также рапортуют о том, что солнечные вспышки снижают количество лейкоцитов в крови человека. Именно магнитные бури влияют на плохую свертываемость крови, учащение заболеваний нервной системы, приводят к утомлению и сонливости.
Северное сияние
Влияние на природу
Флора и фауна тоже подвержена воздействию активности нашей звезды. На самом ее пике начинается нашествие саранчи, быстрее плодится рыба и даже увеличивается количество соболей.
Температура вод мирового океана постоянно изменяется в зависимости от уровня активности Солнца. А это влияет на многих морских животных и растений.
Источник
Все проявления солнечной активности связаны с магнитным полем солнца
Солнечная активность — совокупность динамичных процесов на Солнце, вызывающих соответсвующие изменения в гелиосфере и активизирующих магнитосферные возмущения. С.А. пространственно связана с активными областями солнечной атмосферы, которые представляют собой совокупность быстро меняющихся образований ( пятна, флоккулы, вспышки, корональные дыры и др.),и активными процессами (всплески радиоизлучения, солнечные аосмические лучи, корональные выбросы массы и пр.).
В фотосфере, хромосфере и короне проявления солнечной активности различны. Однако все они имеют общую причину. Такой причиной являются локальные магнитные поля, возникновение и эволюция которых всегда сопровождается образованием активных областей.
Часть солнечной атмосферы, где происходят такие изменения, называется активной областью.
Приблизительный центр области гелио-долгот, в которой активные области наиболее многочисленны и более вспышечно-активны, чем в среднем, называется активной долготой.
Магнитное поле активной области
Магнитный поток отдельной активной области, составляющий
10 21 — 10 23 Мкс на площади до
2.10 20 см2, сравним со средним полным магнитным потоком через поверхность Солнца (
6.10 22 см2).
Наличие на Солнце сильных магнитных полей стало известно после открытия Хейлом в 1908 г. магнитных полей солнечных пятен напряженностью 2 000 — 3 000 Гс Основная часть магнитного потока сконцентрирована в дискретных элементах, которые образуют иерархию:
пятна (магнитный поток пятен с полутенью составляет 5.10 20 — 3.10 22 Мкс), поры (2.1019 — 3.10 20 Мкс) и магнитные узелки (
10 19 Мкс) находятся только в активных областях, а элементы филигри (очень мелкие гранулы около 5.10 17 Мкс) встречаются и в спокойных областях. Факелы, состоящие из элементов филигри, находятся в активных областях. Границы активной области часто отождествляют с границами факелов.
Считается, что на ранних стадиях развития активной области все или почти все магнитные элементы связаны общей магнитной конфигурацией, замкнутой выше фотосферы, и обычно называемой областью нового магнитного потока.
Активные образования
Солнечные пятна являются наиболее известным и легче всего наблюдаемым проявлением солнечной активности. Пятна обычно располагаются группами, занимая протяженные активные области, простирающие на сотни тысяч километров. Напряженность магнитного поля в группах пятен может достигать значительных величин вплоть до нескольких тысяч эрстед. Факулы — светлые волокна , располагающиеся вокруг пятен. См. подробнее о солнечных пятнах и флокулах на отдельной странице.
Появление факелов, а затем группы солнечных пятен — важнейший признак начала развития активной области.
Протуберанцы. Активными образованиями, наблюдаемыми в хромосфере и короне, являются протуберанцы, которые представляют собой как бы облака сравнительно холодного (T = 104 К) и плотного (n = 1010 — 1011 см-3) хромосферного вещества, вынесенного или выброшенного в результате взрыва в корону до высот нескольких сотен тысяч километров. На краю диска они видны в сильных спектральных линиях (Н, Не, Са + и др.) в виде светлых облаков или дуг причудливых форм. На диске они выглядят как темные волокна, располагающиеся в зонах пятнообразования и даже на высоких широтах. 
Протуберанцы — очень крупные образования в солнечной атмосфере, их длина достигает сотен тысяч километров, хотя ширина не превышает 6000 — 10000 км. Нижние их части сливаются с хромосферой, а верхние простираются на десятки тысяч километров в корону. Однако встречаются протуберанцы и значительно больших размеров. Через протуберанцы постоянно происходит обмен веществом между хромосферой и короной. Об этом свидетельствуют часто наблюдаемые движения как самих протуберанцев, так и связанных с ними потоков и струй, происходящие со скоростями в десятки и сотни километров в секунду. Возникновение, развитие и движение протуберанцев тесно связано с эволюцией групп солнечных пятен.
Солнечные вспышки — наиболее мощные, нестационарные взрывообразные проявления солнечной активности. С солнечными вспышками связан ряд активных процессов — ускорение и выброс в межпланетное пространиство солнечных космических лучей, радиовсплески, генерация рентгеновсеого и гамма-излучения и.т.д. Более подробно о солнечных вспышках смотрите на отдельной странице.
Корональные транзиенты — общий термин, характеризующий быстропротекающие изменения корональных структур (арок, корональных лучей и др.), а также возникновение новых динамических структур в виде быстро движущихся от Солнца корональных облаков и уплотнений. Одно из самых заметных таких явлений представляет собой выброс огромных масс вещества (10 15 -10 16 г) на высоты, превышающие l-5RС, со скоростями от нескольких сотен до нескольких тысяч километров в секунду. Эти спорадические выбросы получили название корональных выбросов массы (CME).
Наблюдения показывают, что иногда транзиенты начинают свое движение от поверхности фотосферы одновременно с основным энерговыделением вспышки, а иногда за 5-30 мин до того момента, когда происходит энерговыделение, приводящее к возникновению солнечной вспышки.
Цикличность солнечной активности
11-летний цикл. Солнечная активность меняется во времени, эти изменения цикличны, наиболее выражен 11-летний цикл СА. Численно СА характеризуется различными индексами солнечной активности, среди которых наиболее распространенным является числа Вольфа (относительное цюрихское число солнечных пятен).
Началом развития 11-летнего цикла солнечной активности (СА) считается интервал времени, когда на Солнце появляются пятна. В начале цикла число активных центров невелико, затем достигает максимума, который и называют максимумом СА, потом число их уменьшается, наступает фаза спада.
Положение пятен на диске Солнца меняется также с фазой цикла солнечной активности. В начале цикла пятна возникают на широтах ±35-40 о , с развитием цикла их широта постепенно понижается, и вблизи максимума СА пятна располагаются на ±15 о . В конце цикла пятна лежат на ±5-8 о . (см. закон смещения зоны пятнообразования Шперера, бабочки Маундера). В высокоширотных областях, наоборот, максимальная активность протуберанцев и короны Важной и фундаментальной частью солнечного цикла является циклическое поведение корональных дыр. Большие корональные дыры на фазе спада СА присутствуют не только на обоих солнечных полюсах, но и опускаются к экватору. На восходящей ветви цикла полярные дыры заметно уменьшаются по площади и отступают к полюсам. Вблизи максимума активности дыры сосредоточены в основном на средних широтах.
Изменениям со средним периодом около 11 лет подвержены не только относительные числа солнечных пятен и корональные дыры, но и средние значения площадей пятен и факелов, число вспышек, протуберанцев, активных образований в короне. Значительные изменения от минимума активности к максимуму претерпевают все виды излучения (радиоизлучения, корпускулярного, ультрафиолетового). Систематическое измерение эквивалентных ширин некоторых спектральных линий также показало зависимость от фазы 11-летнего цикла.
Наиболее активные проявления СА- крупные солнечные вспышки — чаще всего происходят не в год максимума чисел Вольфа, а на стадиях роста и спада СА, что указывает на существование более тонкой структуры — двувершинности 11-летнего цикла (Эффект Гневышева-Оля).
Длительность разных циклов различна: от 7 до 17 лет, их средняя продолжительность составляет 11,2 года. Циклы несимметричны: от минимума до максимума (стадия роста) — 4,6 года, а от максимума числа пятен до их минимума (стадия спада) в среднем проходит 6,7 года (логистическая кривая). Циклы отличаются и по среднегодовым максимальным числам Вольфа: от 46 до 190.
Цикл Хейла Важнейшей особенностью цикла солнечной активности является закон изменения магнитной полярности пятен. Известно, что пятна чаще всего образуют биполярные группы, в которых два главных пятна — головное (или ведущее, т.е. движущееся на вращающемся Солнце впереди) и хвостовое — имеют противоположные магнитные полярности. В течение каждого 11-летнего цикла все ведущие пятна биполярных групп имеют одинаковую полярность в северном полушарии и также одинаковую, но противоположную — в южном. То же самое справедливо и для хвостовых пятен. В следующем цикле полярности ведущих и хвостовых пятен меняются на противоположные. Одновременно с этим меняется полярность и общего магнитного поля Солнца, полюсы которого находятся вблизи полюсов вращения.
Поэтому правильнее говорить не об 11-летнем, а о 22-летнем цикле солнечной активности (цикл Хейла).
Солнечная активность характеризуется большим числом циклов различной длительности, из коротких более других исследована духлетняя периодичность СА. Известны также циклы и с большим периодом: 100 (вековой) 160-200 и 600-летний.
Вековой цикл определялся по квазипериодичекому изменению максимумов 11-летних циклов. В истории изучения циклов известно несколько особенных периодов:
- 1645-1715 гг. — минимум Маундера, когда на Солнце в течение 60 лет почти не было пятен;
- 1410-1510гг.- минимум Шперера;
- 1120-1280 гг. — средневековый максимум.
Предполагают, что первый из этих минимумов был суперпозицией минимумов 600-летнего и векового циклов. С развитием этих минимумов СА связывают некоторые катастрофические явления в биосфере Земли и в истории человеческого общества. Существуют данные о том, что Маундеровский и другие минимумы СА совпадают с периодом сильного ослабления или даже исчезновения общего магнитного поля Солнца. Если 11-летний цикл является циклом частоты появления на Солнце aктивных образований, то вековой цикл оказывет модулирующее воздействие на 11-летний. Асимметрия СА в северном и южном полушариях, малозаметная в 11-летнем цикле, весьма существенна в вековой цикле. Предполагается, что северо-южная асимметрия солнечной активности связана с изменением положения ядра Солнца.
