Солнечная активность и космическая погода

 

Одно из замечательных явлений на солнечной поверхности - это возникновение и исчезновение определенных темных областей, известных под названием «солнечные пятна». Жизнь солнечного пятна исключительно изменчива. Некоторые пятна существуют в течение нескольких дней, тогда как небольшое число пятен сохраняется в течение четырех или пяти солнечных оборотов (длительность оборота примерло 27 дней).

Самой замечательной особенностью солнечных пятен можно
назвать временную периодичность (с периодом примерно 11 лет) их появления. Наиболее общепринятым индексом солнечной активности является число Вольфа W определяемое как

                                      .

где g — число групп солнечных пятен, a s — число наблюдаемых отдельных пятен.

Значение коэффициента k зависит от особенностей наблюдений и используемого инструмента. Это число сильно преувеличивает роль групп, так что его значение как индекса полной активности солнечных представляется сомнительным. Тем не менее этот индекс очень ценен, так как в настоящее время имеются данные пятен о числах W за период около 200 лет (Рис. 2.7). Это обеспечивает длинный однородный ряд данных. В настоящее время имеются среднесуточные, среднемесячные и среднегодовые значения чисел солнечных пятен.

Рис. 2.7. Изменение годовых солнечных пятен за период с 1700 по 1960 г.

 

Если годовые значения чисел солнечных пятен нанести на график для длительного временного интервала (как это сделано на рис. 2.7), то окажется, что активность солнечных пятен имеет приблизительно 11-летнюю периодичность. Помимо 11-летнего периода, существуют другие периоды активности. Например, вблизи минимума 11-летнего цикла можно заметить (приблизительно) 27-дневную повторяемость. Этот период соответствует длительности солнечного оборота.

Измерения числа солнечных пятен проводятся на основе анализа и обработки данных специальной сети из 10 опорных астрофизических обсерваторий (в нее входит и Пулковская обсерватория). Очевидно, что в облачные дни измерения могут быть невозможны или сильно затруднены.

Кроме чисел Вольфа активность Солнца определяют и на основе измерений радиоизлучения Солнца на частоте 10.7 ГГц. Существует «жесткая» связь между этими индексами

;

или обратное преобразование

.

Как видно, оба индекса связаны между собой нелинейной зависимостью. Это должно учитываться при определении корреляционных связей между солнечной активностью и процессами на Земле. Например, имеется тесная связь между индексом Вольфа и критической частотой слоя F.

Диапазон изменения  колеблется от 0 до 200-300, а  - от 63.75 до ~350. Условно выбраны следующие пороги для качественной оценки солнечной активности:

·  – низкая солнечная активность;

·   – умеренная солнечная активность;

·   – высокая солнечная активность.

Энергия солнечных возмущений на пути от Солнца к Земле проходит через межпланетную среду и несколько невидимых земных оболочек - магнитосферу, ионосферу и атмосферу. Этим объясняется одна из главных особенностей системы солнечно-земных связей (СЗС) - их «многоэтажность» (опосредованность). Иными словами, в цепочке физических процессов, связывающих Солнце с Землёй, имеется определённая структура, последовательность во времени и пространстве, т.е. существует своеобразная иерархия СЗС. Это неизбежно приводит к другой важнейшей особенности - нелинейному характеру солнечно-магнитосферных. солнечно-атмосферных и солнечно-биосферных связей. Простейшая схема СЗС приведена на рис.2.8.

Рис. 2.8 – Простейшая схема схема солнечно-земных связей.