Курсовая работа: Корреляционный анализ солнечной и геомагнитной активностей

g – количество групп пятен на Солнце;

f – число пятен во всех группах.

Важность этого индекса (Rw) определяется:

1) его простотой;

2) тем, что значения его известны начиная с 1700г. (годичные данные) или с 1749г. (месячные данные);

3) его выдающимся гелиофизическим значением, которое выражается в значении ряда значительных корреляций с индексом W у многих важных геофизических характеристик;

4) он в общем довольно хорошо характеризует общую напряжённость геоактивной ультрафиолетовой радиации Солнца …

Данное определение изъясняет выбор названного индекса и для настоящей работы. К тому же в настоящее время имеются методы прогноза чисел Вольфа, и установлена численная связь, хотя и не очень тесная (коэффициент корреляции между ними порядка 0,85).[3]

Основным рядом Rw считается ряд Цюрихской обсерватории, начатый в 1749г.

1.2 Классификация групп пятен

Хейлом на обсерватории Маунт-Вилсон установлено, что группы пятен могут быть разделены на три класса:

1) Униполярные группы – одиночное пятно или группа пятен, обладающих магнитными полями одной и той же полярности.

2) Биполярные группы, в наиболее простом случае состоят из бинарных пятен (бинарные группы) с противоположной полярностью. Ось группы (линия, соединяющая пятна) составляет небольшой угол с солнечной параллелью. Часто вместо двух пятен мы встречаемся с двумя группами мелких пятен, образующих ведущие и последующие компоненты группы, которые так же, как и отдельные пятна, обладают различной полярностью.

3) Сложные группы пятен состоят из пятен различной полярности, расположенных весьма неправильно.

Униполярные группы представляют собой неразвитые или, наоборот, очень старые группы биполярного типа, в которых одно из пятен заменяется областью противоположной магнитной полярности. Хейл называл такие области «невидимыми пятнами» и установил их присутствие по наличию магнитного поля. Сложные группы, не представляют собой одного целого и возникают как следствие переналожение нескольких биполярных групп. Биполярная группа является основным и наиболее характерным образованием среди групп пятен.

Также Хейл открыл закон смены магнитной полярности биполярных групп, следовательно- и Солнца. В течении 11-летнего цикла солнечной активности все ведущие пятна имеют одинаковую полярность, т.е. все биполярные группы имеют одинаковую ориентировку в долготном направлении. При наступлении нового цикла эта ориентировка меняется на обратную. Данному закону следует ≈ 98% всех биполярных групп — и многие астрономы считают основным 22-летний цикл.[5]

1.3 Астрометрическое наблюдение Солнца относительно Земли

В связи с неравномерным движением вещества на Солнце различные его зоны вращаются вокруг оси с различными периодами. Для точек экватора сидерический период составляет 25 суток, а в близи полюсов он достигает 30 суток. Вследствие движения Земли вокруг Солнца его вращение представляется земному наблюдателю несколько замедленным: период вращения на экваторе составляет 27 суток, а у полюсов – 32 суток (синодический период вращения).

Поскольку Солнце вращается не как твёрдое тело, систему гелиографических координат нельзя жёстко связать со всеми точками поверхности. Условно гелиографические меридианы жёстко связываются с точками, имеющими географические широты В= ±16°. Для них сидерический период обращения составляет 25,38 суток, а синодический равен 27,28 суток. За начальный гелиографический меридиан принят тот, который 1 января 1954 года в 0^h по всемирному времени проходил через точку пересечения солнечного экватора с эклиптикой.[6]

2. Межпланетная секторная структура

Конфигурация межпланетных магнитных полей (ММП) подобна спирали Архимеда. Вектор магнитного поля В имеет радиальную компоненту В_r , направленную либо внутрь, либо наружу (к Солнцу или от Солнца), и азимутальную компоненту В_φ . Межпланетное пространство разделено на чередующиеся спиральные сектора, в каждом из которых

радиальная компонента направлена либо наружу, либо внутрь (рис.3). Эта секторная структура вращается вместе с Солнцем. По данным наблюдений межпланетных полей (с помощью ракет) период вращения Солнца может быть подразделён на несколько субпериодов, каждый продолжительностью в несколько суток, в течение которых радиальная компонента направлена преимущественно наружу или внутрь. Такая последовательность субпериодов может наблюдаться в продолжении нескольких оборотов Солнца, свидетельствуя о высокой степени стабильности секторной структуры. СВ движется наружу так, как если бы магнитного поля не было. В системе отсчёта, жёстко связанной с Солнцем, магнитные силовые линии параллельны или антипараллельны направлению СВ.

Рис.3 Межпланетная секторная структура. Знаки «плюс» показывают поле направленное от Солнца, а знаки «минус» - поле, направленное к Солнцу (по наблюдениям на расстояниям Земли в течении е двух с половиной периодов вращения Солнца. Архимедова спираль указывает воображаемые границы секторов (декабрь 1964г.).

В пределах каждого сектора скорость СВ и плотность частиц систематически изменяется (рис.4).

Рис.4 Распределение (вдоль орбиты Земля) скорости и плотности солнечного ветра внутри сектора. Абсцисса отсчитывается с момента пересеченияграницы сектора.

Ракетные наблюдения показывают, резкое увеличение данных параметров на границе сектора. Однако плотность очень быстро уменьшается в конце второго дня после прохождения границ, а затем дня через 2 или 3 начинает медленно расти. Скорость СВ уменьшается медленно на 2 или 3 день после достижения пика. Секторная структура и отмеченные вариации скорости и плотности тесно связаны с умеренной магнитосферными возмущениями Солнца.

Вилкокс и Несс, сравнив наблюдаемую межпланетную секторную структуру (МСС) с конфигурацией фотосферных магнитных полей, заключили, что фотосферные магнитные поля, находящиеся в поясе гелиографической широты 15°, вытягиваются наружу СВ, образовывая устойчивые и долго живущие крупномасштабные поля малой напряжённости, существующее с другими магнитными полями. Бартельс назвал этот тип гидромагнитной активности М-возмущениями; СВ, ответственный за него, называется М-потоком, а его источник на поверхности Солнца – М-областью. Граница между двумя полярностями М-области проходит приблизительно с севера на юг и полярность не изменяется при пересечении экватора (рис.5).[9]

Рис.5 Схематическое среднее расположение границы солнечного фотосферного сектора в течении 1965г.

К развитию нового сектора приводит рост центра активности: на уровне фотосферы вызывает перераспределение магнитного поля и картины потоков СВ.

М-области часто не содержат солнечных пятен, т.к. стремятся избегать области повышенного коронарного излучения.

МСС существует даже во время самого спокойного периода 11-летнего цикла солнечной активности. Внутри каждой секторной структуры ее характеристики (скорость, концентрация и напряженность ММП) систематически изменяются, и достигают своих максимальных значений вблизи ведущей границы сектора. Следовательно, ведущий фронт (кривая Т на рис.7) создает радиальную силу на тыловой стороне секторной структуры (впереди неё). Такое взаимодействие может сформировать в секторной структуре ударную волну (кривая S на рис.7). Вследствие чего ведущие границы МСС имеют характеристики тангенциального разрыва.

Рис.7 Схема, иллюстрирующая взаимодействие потока (Н) , имеющего высокую скорость, и медленно движущегося окружающего солнечного ветра (А) . Два потока соприкасающегося вдоль фронта Т, образую ударную волну вдоль линии S .

Секторная структура довольно устойчива, поэтому вся структура потока вращается с Солнцем по крайне мере в течении нескольких солнечных оборотов, проходя над Землей приблизительно через каждые 27 дней, что объясняло тенденцию геомагнитных возмущений к повторению. Таким образом, структуры внутри каждого сектора вызывают возмущения в магнитосфере. Однако, Хейл обнаружил, что особенно сильные магнитные бури, не показывающие 27-дневной повторяемости. Отсутствие повторяемости объясняется тем, что вспышки – явление кратковременное и сравнительно редкое. Через несколько минут после начала вспышки магнитное поле Земли «вздрагивает», наблюдается внезапное, очень резкое и сравнительно небольшое его изменение. Эти «магнитные крючки» вызваны непостедственным действием излучения вспышки на магнитное поле Земли.