Солнечная активность

Последние 30 лет солнечной активности.

Солнечная активность - термин, характеризующий текущую солнечную радиацию, ее спектральный распределение, сопутствующие электромагнитные явления и изменения во времени характеристик Солнца. Солнечная активность определяется совокупностью физических изменений, которые происходят на Солнце. Внешние проявления солнечной активности - солнечные пятна, факелы, флокулы, протуберанцы т.п.. Влияет на смену погоды и климата.

Различают периодические компоненты этих изменений, основным из которых является 11-летний солнечный цикл, и апериодические изменения [1].

Изменения светимости Солнца за период его наблюдения и космических полетов находятся в пределах точности приборов. Небольшая часть ультрафиолетового диапазона изменяется в пределах нескольких процентов. Общая светимость Солнца в течение 11-летних циклов активности изменяется на 0,1% или на 1,3 Вт / м ? [2] [3] [4]. Общее количество солнечной радиации, поступающей к верхней границе земной атмосферы, составляет в среднем 1366 Вт / м ? [5] [6] [7].

Оценки изменений солнечной активности на основе чувствительных к климату радиоизотопных маркеров ( англ. proxy ) Дают разные результаты - с одной стороны есть свидетельства очень незначительных изменений (~ 0,1%) в течение последних 2000 лет [8], другие исследования указывают на увеличение светимости на ~ 0,2% с начала 17-го века. [9 ] [10]

На климат влияет также вулканическая активность, как, например, в случае минимума Маундера. Кроме изменений яркости Солнца, мягче на климат влияет солнечный ветер в земной магнитосфере и изменения в ультрафиолетовой части спектра Солнца. Но эти вопросы по состоянию на 2009 год еще слабо разработаны [11].


1. История изучения солнечной активности

400 летняя история числа солнечных пятен.

Наиболее изученный вид солнечной активности - изменение числа солнечных пятен. Первые сообщения об их наблюдения датируются 800 г. до н.э. в Китае, первые рисунки - 1128 г. С 1610 года астрономы начали применять телескопы для наблюдения за солнечными пятнами [12], однако физическая природа пятен оставалась неясной до ХХ в. В XV и XVI в. наблюдалась низкая солнечная активность - Минимум Маундера. 1845 года профессора Д.Генры и С.Александер с Принстонского университета наблюдали Солнце с помощью термометра и обнаружили, что пятна излучают меньше по сравнению с другими участками солнечной поверхности. Позже было обнаружено, что более излучения имеют солнечные факелы [13].

Связь солнечной активности и климата Земли исследуется с 1900 г. Ч.Г.Аббот с Смитсонианской астрофизической обсерватории (САО) изучал активность Солнца и основал солнечную обсерватарию в Калама ( Чили). Исследования проводились и в Маунт-Вильсон. Результат этой работы - выделение 27 гармонических периодов солнечной активности в рамках цикла Хейла, в частности циклы с периодом 7, 13 и 39 месяцев. Также прослеживалась связь этих периодов с погодой путем составления солнечных трендов с температурой и уровнем осадков в городах. С выделением науки дендрохронологии начали отыскивать связь солнечной активности и скорости роста деревьев [14]. Статистические исследования связи солнечной активности и погоды и климата с были популярными 1801, когда В. Гершель заметил связь между солнечными пятнами и ценами на пшеницу [15].

Сегодня эта связь исследуют с помощью искусственных спутников Земли и современной совершенной астрономической аппаратуры [16].


2. Солнечная активность

2.1. Солнечные пятна

График солнечной активности, числа пятен и космогенного образования изотопов. (Англ.)
Данные о солнечной активности за последние 11 400 лет. (Англ.)
Солнечная активность, отраженная в радиоизотопного маркере углерода (текущее время слева). (Англ.)

Солнечные пятна - это сравнительно темные области на фотосфере Солнца, в которых интенсивное магнитное поле подавляет конвекцию плазмы и снижает ее температуру на 2000 K. Факелы несколько ярче участки, формируются вокруг групп пятен, и, таким образом, обеспечивают выход энергии, заблокирован на соседних темных участках. Связь светимости Солнца с количеством пятен был предметом споров начиная с первых их наблюдений в XVII в. [17] [18] Известно, что эта связь существует - пятна, как правило, уменьшают светимость Солнца (примерно до 0,3%), хотя в то же время светимость увеличивается (до 0,05%) вследствие образования флокул и яркой сетки, связанной с магнитным полем [19]. Влияние на солнечную светимость магнитно-активных участков подтвердили лишь первые искусственные спутники Земли в 1980-х годах [2]. Орбитальные обсерватории "Нимбус 7" (запущен 25 октября 1978) и "Солнечный максимум" (запущен 14 февраля 1980) определили, что благодаря ярким участкам вокруг пятен яркость Солнца увеличивается. Согласно данным солнечной обсерватории "SOHO", изменение солнечной активности соответствует небольшом изменении диаметра Солнца (~ 0,001%) [20].

Количество солнечных пятен характеризуется числом Вольфа в течение 300 лет, известные также как числа Цюриха. Этот индекс отражает количество пятен и групп пятен на Солнце. Используя имеющиеся методики в 2003 году было установлено, что начиная с 1940-х годов количество пятен на Солнце максимальная за последние 1150 лет [21]. Числа Вольфа за последние 11400 лет определяют путем использования дендрохронологических датировки концентраций радиоуглерода. Согласно этим исследованиям уровень солнечной активности за последние 70 лет уникально большой, похожий уровень был только 8000 лет назад. Похожий уровень активности магнитного поля Солнце имело лишь ~ 10% времени за последние 11 400 лет, к тому же почти все предыдущие периоды были короче по сравнению с современным [22].

Изменение солнечной активности с приблизительным датировкой:
Название периода Начало Завершение
Минимум Оорта
(См. англ. Средневековый Теплый Период )
1040 1080
Средневековый максимум
(См. англ. Средневековый Теплый Период )
1100 1250
Минимум Вольфа 1280 1350
Минимум Сперера
( англ. Sp?rer Minimum )
1450 1550
Минимум Маундера
( англ. Maunder Minimum )
1645 1715
Минимум Дальтона
( англ. Dalton Minimum )
1790 1820
Современный максимум
( англ. Modern Maximum | )
1950 2004
Современный Минимум 2004 (Сейчас)

Исторический список Великих минимуме солнечной активности: 690 год н. е. и годы до н. е. 360, 770, 1390, 2860, 3340, 3500, 3630, 3940, 4230, 4330, 5260, 5460, 5620, 5710, 5990, 6220, 6400, 7040, 7310, 7520, 8220, 9170. [23]


2.2. Солнечные циклы

Подробнее в статье Солнечный цикл

Солнечными циклами называют периодические изменения солнечной активности. Предполагается наличие большого количества циклов с периодами в 11, 22, 87, 210, 2300 и 6000 лет, но на 2009 год из наблюдений достоверно подтверждено существование только 11 и 22 летних циклов. Основные циклы 11, 22 и 2300 лет носят соответственно названия циклов Шваба, Хейла и Холлстатта.

3. Влияние физических параметров Солнца

Существуют гипотезы о влиянии изменений физических параметров на климат Земли и на общую инсоляцию. Некоторые вариации, такие как изменение диаметра Солнца, сейчас составляют интерес только для астрономии.

3.1. Изменение полной яркости Солнца

  • Общий спектр излучения Солнца несколько изменяется на 10-летнем и более длительных интервалах времени.
  • Замечено изменения полной яркости Солнца в последних циклах СА в пределах 0,1% [2].
  • Изменения, которые соответствуют солнечным циклам продолжительностью 9-13, 18-25 и> 100 лет влияют на температуру суши и океанов.
  • После Минимума Маундера течение 300 лет наблюдалось увеличение светимости Солнца от 0,1 до 0,6%, при этом климатические модели часто учитывают значение 0,25% [24].
  • Реконструкции яркости на основе данных "ACRIM" показывают тренд 0,04% на десять лет, свидетельствующий об увеличении светимости Солнца между минимумами в течение периода наблюдений [25]. Также можно наблюдать заметную связь солнечной и геомагнитной активности [26] [27].

3.2. Изменение яркости в ультрафиолетовом диапазоне

  • Светимость в ультрафиолетовом диапазоне - с длиной волны 200-300 нм - изменяется на 1,5% от солнечного минимума до максимума [28].
  • Изменение энергии в УФ-диапазоне играют важную роль в изменении количества атмосферного озона так:
    • высота, соответствует давлению атмосферы 30 гПа, менялась в течение последних четырех циклов СА.
    • увеличение УФ-светимости приводит к образованию большего количества озона, к увеличению температуры стратосферы и сдвигает циркуляцию тропосферных и стратосферных воздушных систем в направлении к полюсам Земли.

4. Эффекты солнечных вариаций

Взаимодействие частиц солнечного ветра, магнитного поля Солнца и магнитного поля Земли приводит к изменениям потока заряженных частиц и электромагнитных полей вокруг планеты. Экстремальные солнечные явления могут нарушать нормальную работу электроприборов, искусственных спутников Земли. Ослабление активности Солнца считается причиной увеличения межзвездного космического излучения, которое достигает Земли и может служить причиной образования облачности [ ], Которая увеличивает альбедо планеты, охлаждая климат.


4.1. Геомагнитные эффекты

Взаимодействие солнечных частиц с земной магнитосферой.

Земные полярные сияния просматривается результатом взаимодействия солнечного ветра, солнечной и земной магнитосфер и атмосферы. Экстремальные явления, связанные с СА, приводят к значительным возмущениям магнитного поля Земли, что является причиной геомагнитных бурь. 1859 зафиксирован найсильнищий с геомагнитным бурь за все время наблюдений. Ураган 1859 вызвал повреждения телефонной связи в странах Европы и в США.


4.2. Воздействие солнечных протонов

Солнечные протоны высоких энергий могут достигнуть Земли меньше, чем за 30 мин. после солнечной вспышки. Во время таких "бомбардировок солнечными протонами" Земля буквально "поливается" заряженными частицами высоких энергий, в основном протонами, которые высвободились в зоне солнечной вспышки. Некоторые из этих частиц достигают верхних слоев атмосферы, где они создают дополнительную ионизацию и могут вызвать существенное увеличение радиоактивного уровня.


4.3. Образование радиоуглерода

Образование 14 C связано с солнечной активностью. Радиоуглерод образуется облучением атмосферного изотопа азота 14 N космическими лучами, в результате чего происходит β-распад и образуется тяжелый изотоп углерода. Увеличение СА приводит к уменьшению скорости образования радиоуглерода вследствие частичного экранирования галактического излучения [29]. По изменению количества изотопа 14 C, который вошел в состав органических соединений во время роста многолетних растений (годовые кольца деревьев), определяют скорость образования этого изотопа в атмосфере. На основе анализа данных за последние 10 000 лет определено, что образование 14 C было максимальным при голоцена 7000 лет назад и уменьшалось до времени 1000 лет назад. Кроме изменения СА, долговременные тренды 14 C связанные с изменением геомагнитного поля и с изменением циркуляции углерода в биосфере, например, во время ледникового периода [30].


5. Глобальное потепление

Подробнее в статье Глобальное потепление
Корреляция CO 2, температурных аномалий и числа солнечных пятен, начиная с 1850 года

На 2009 год в научном сообществе существует консенсус, что изменения солнечной активности не являются решающими в современной изменению климата [31]. Межправительственная группа экспертов по изменению климата в своем 3-м отчете ( англ. IPCC Third Assessment Report ) Утверждает, что изменения солнечной активности меньше влияют на климат Земли, чем парниковые газы в атмосфере [32].


5.1. Теория изменений на Солнце

Существует мнение, что до наступления индустриальной эры основной вероятной причиной изменения климата на Земле было изменение солнечной активности [24]. Последние исследования также указывают на влияние солнечной активности на современное глобальное потепление [33].


См.. также