5.3. Солнечно-земные связи

Наибольшее энергетическое влияние в космическом пространстве на нашу планету оказывает Солнце. Даже приблизительные оценки показывают, что запасов тер­мо­ядерн­ого топлива в недрах Солнца достаточно для того, чтобы поддерживать его физическое состояние неизменным, в течение 10¹¹лет. Солнце ежегодно излучает энергию, равную 3х10³³ кал, являясь источ­ником полного электро­­магнитного излучения и меж­пла­нет­ного облака плазмы, быстрых электронов, солнечных космических лучей и т.д. На­и­боль­шая энергия теряется Солнцем в виде волно­вого излучения (Ю.И. Витинский, 1972, 1973, 1983), (О.Г. Шамина, 1981). Полный поток энергии, излучаемый Солнцем в пространство, определяется экспериментально, исходя из потока энергии, приходящего на единицу площади земной поверхности и называется солнечной постоянной (солнечная постоянная в среднем равна 1,95 кал/см²∙мин), или около 1360 Вт/м², (Е.А. Макарова 1972), причем полный поток лучистой энергии равен 3,8х10²⁶ Дж/с.

Признаком усиления солнечной активности служит появление на его поверх­ности солнечных пятен. В 1908 году Хейл обнаружил, что пятна обладают магнитным полем, напряженность которого достигает 2000-4000 гаусс, в то время, как напряженность общего магнитного поля Солнца не превышает один гаусс. Пятна в начале солнечного цикла появляются на широтах 30^o-40^o, смещаясь затем к экватору с юга и с севера, достигая максимального числа около 10^o-20^o, после чего, число пятен уменьшается В.М. Киселев (1980). Как показывают результаты исследований, продолжительность дрейфа солнечных пятен к экватору равна, примерно, 11 годам. В конце каждого 11-летнего цикла, меридиональное поле у полюсов меняет свою полярность. Таким образом, магнитный цикл Солнца равен 22 годам.

Факт изменения числа солнечных пятен со средней периодичностью 11 лет был установлен в середине прошлого столетия Г. Швабе и Р. Вольфом.

Г. Бэбкок и Р. Лейтон (1961), (1969) предложили модель, объясняющую на­ли­чие 22-летнего магнитного солнечного цикла. По их мнению, всплывание магнитной силовой трубки к поверхности фотосферы сопровождается появлением вначале одного пятна – ведущего, а затем – второго. В соседних 11-летних циклах полярность ведущих пятен имеет разный знак.

Одним из наиболее распространенных индексов солнечной активности является относительное число солнечных пятен. Р.Вольф предложил определять индекс солнечной активности по следующей формуле:

       W = k (10g + f)   (1)

где W – число Вольфа; g – число групп пятен на видимом солнечном диске;  f – число пятен (включая ядра и поры) во всех группах. Значение коэффициента k зависит от многих факторов, включая особенности методики наблюдений, условий видимости в момент наблюдения, индивидуальных особенностей наблюдателя и др.

Другим индексом солнечной активности является суммарная площадь солнечных пятен, исправленная за перспективное сокращение по формуле:

(2)

где S – площадь 1-го пятна; θ = arc sin (r_i/R); R – радиус видимого солнечного диска; r_i - расстояние от его центра до рассматриваемого пятна.

Между S и W существует статистическая связь с коэффициентом корреляции +0,85, (В.М. Киселев, 1980). Уравнение регрессии S и W имеет вид (3) (Ю.И. Витинский, 1976):

S = 16,7 W       (3)

Существует еще несколько индексов солнечной активности, рассмотренных в работе Ю.И. Витинского (1973).

На рис. 46. приведен график изменений чисел Вольфа с 1700 г. по 2000 г. Общепринята нумерация одиннадцатилетних циклов солнечной активности, в которой нулевой номер присвоен 11-летнему циклу с максимальным значением в 1750 году. Средняя продолжительность 11-летнего цикла считается равной 11,1 года. Однако длительность 11-летнего цикла существенно варьирует в реаль­ности, причем при определении по эпохам минимумов, период циклов варьирует от 9,0 до 13,6 лет, а по эпохам максимумов, от 7,3 до 17,1 года (Ю.И. Витинский, 1976).

В то же время, если наличие 11-летних и 22-летних циклов солнечной активности приз­нано многими исследователями, то циклы с более длительными периодами вызывают много споров. Это связано с ненадежностью данных наблюдений за солнечной активностью на глубину более чем 200 лет.

Д. Шове на основе анализа исторических сведений о наблюдениях солнечных пятен и полярных сияний приводит данные, позволяющие качественно судить об изменениях солнечной активности за последние 2000 лет (Ю.И. Витинский, 1973). Данные Д. Шове подтверждают реальность наличия в изменениях чисел Вольфа цик­ла с периодом 80-90 лет, а также позволяют выделить цикл со средней про­дол­жительностью 554 года (Ю.И. Витинский, 1976).

Рис. 46. График изменения чисел Вольфа (W) По данным Центра Анализа Данных (SIDC),  Королевской Обсерватории Бельгии.

Рис. 47. График изменения чисел Вольфа (W) с 2000 по май 2010 года По данным Центра Анализа Данных (SIDC), Королевской Обсерватории Бельгии. (http://sidc.oma.be/html/wolfjmms.html)

Попытка установить такую характеристику солнечной активности, в которой не преобладала бы 11-летняя цикличность, была сделана А. Стойко и Н. Стойко (1969). Ими были использованы для характеристики солнечной активности значения площади коротко живущих солнечных пятен W₁, изменения которых за время с 1900 по 1963 гг. были сопоставлены с вариациями суточного вращения Земли. Эти два явления коррелируются

К = (+08); (+09).

На рис.47  показаны изменения солнечной активности с 2000 года по май 2010 года.