Наблюдения солнечной активности

В истории исследований излучательной способности Солнца выделяют два основных этапа. Первый этап (с начала XVII в. до начала XX в.) отражает научные наблюдения только за состоянием солнечной активности. Второй этап (с начала XX в. до настоящего времени) включает в себя и изучение солнечной активности, и непосредственные измерения солнечной радиации. Эти этапы подразделяются на отдельные исторические фрагменты, маркируемые во времени характерными событиями, отражающими моменты определенных технических достижений в области наблюдения и измерения солнечной активности.

Первое, формальное объявление об открытии пятен на Солнце было сделано Галилеем в мае 1612 г. на основе телескопического наблюдения (с 1610 г.). Но практически одновременно и независимо от Галилея Томасом Гарриотом в Англии, Иоаном Фабрицием в Голландии и иезуитом Христофором Шейнером в Германии это же открытие было также подтверждено, и в частности уже в июле 1611 г. обнародовано Фабрицием^[1].

Формально это было не открытие как таковое, а обоснованные подтверждения наблюдений за Солнцем «невооруженным глазом» (упоминания о этом встречаются в китайских хрониках уже в V в. до н. э.).

При этом о цикличности проявления солнечных пятен не было известно до 1843 г. Данное явление установил немецкий астрономлюбитель Генрих Швабе, указав на явную 10-летнюю периодичность, выявленную на основании его 17-летних наблюдений. Данное открытие тем не менее оставалось незамеченным до тех пор, пока известный немецкий географ Александр Гумбольдт не опубликовал выводы Швабе в своем труде «Космос» (1851).

Итогом получения Швабе результатов была разработка международной программы наблюдений Солнца (продолжающихся в настоящее время). Основная цель этой программы — это исследования и наблюдения для точного установления закономерности цикличности, найденной Швабе (для понимания, является ли данный эффект реальным и непрерывным). Инициатором и организатором этих наблюдений был Рудольф Вольф из цюрихской обсерватории. Так, и по настоящее время активно используется показатель числа солнечных пятен — индекс, или числа, Вольфа (рис. 4.5). После достаточно длительных и целенаправленных исследований Вольфом были систематизированы исторические доказательства, относящиеся к периоду времени между наблюдениями Швабе и открытием при помощи телескопа пятен (в начале XVII в.). Вольфом был сделан вывод, что 11-летний цикл действительно существовал начиная с 1700 г. (не исключена гипотеза, что и раньше). Восстановленные им числа солнечных пятен за данный ранний период были признаны реальными во всех последующих работах, которые посвящены истории Солнца.

Само относительное число солнечных пятен (индекс Вольфа — W) определяется как сумма числа пятен и удесятеренного числа всех групп пятен:

Важность этого индекса определяется его простотой, а также тем, что его значения благодаря работам Вольфа известны с 1700 г. (годичные данные) или с 1749 г. (месячные данные).

Примерно 160 лет назад было установлено, что 11-летний цикл солнечной активности явно проявляется не только в изменении числа солнечных пятен («факельных площадок» и «солнечных вспышек»), но и в наблюдении изменения во времени широты групп самих пятен (рис. 11, цветная вклейка). Так, в 1852 г. три исследователя: Эдуард Сабин в Англии, Рудольф Вольф и Альфред Готье из Швейцарии независимо друг от друга заметили, что есть определенное соответствие между периодическими изменениями солнечных пятен и земными магнитными явлениями. В дальнейшем выяснилось, что их периоды одинаковы и неизменно происходит так, что в эпохи с большим количеством солнечных пятен на Земле регистрируются мощные магнитные бури (важно, что совпадают и периоды ослабления этих явлений).

Рис. 4.5. Распределение числа солнечных пятен.

Данное распределение было подробно изучено английским исследователем Солнца Ричардом Кэррингтоном (результаты опубликованы в 1863 г.) из Королевской обсерватории Гринвича. Он обнаружил, что в начале 11-летнего цикла пятна обычно проявляются в относительно высоких широтах (в среднем на расстоянии ±25°—30° от солнечного экватора), тогда как в конце цикла они локализуются вблизи экватора (в среднем на широтах ±5°—10°). Позже в 1880 г. данный эффект был детальнее исследован немецким ученым Густавом Шпёрером. Его вывод: средняя продолжительность 11-летнего цикла можно гораздо точнее определить по изменению широты групп солнечных пятен, чем по вариациям чисел Вольфа.

В конце XIX в. Густав Шпёрер и Эдвард Маундер обратили внимание на приблизительно 70-летний период (с середины XVII в.), когда сообщений о солнечных пятнах практически не было. В статьях Маундер сделал вывод, что в течение времени примерно с 1645 по 1715 г. нормальный солнечный пятнообразовательный цикл был полностью или почти полностью подавлен. Он указал, что есть сомнения в отношении постоянного характера 11-летнего цикла солнечной активности. Более поздние исследования этого вопроса подтвердили справедливость вывода Маундера и выявили некоторые дополнительные факты, неизвестные во времена Маундера (например, изучение частоты полярных сияний, которая связана с уровнем солнечной активности).

Регулярные наблюдения магнитных полей солнечных пятен, открытых в начале прошлого столетия (1913) американским астрономом Дж. Хейлом, привели к признанию реальности 22-летнего цикла солнечной активности. Хейл определил, что полярность магнитных полей ведущих пятен северного (южного) полушария Солнца изменяется на противоположную при переходе от одного 11-летнего цикла к другому. Исходная полярность восстанавливается, следовательно, через 22 года. Такие изменения наблюдались в течение всех последующих 11-летних циклов. Принято, что в нечетных (по цюрихской нумерации) циклах полярность магнитного поля ведущих пятен групп северного полушария положительная, а в четных циклах — отрицательная (южная). В южном полушарии регистрируется противоположная картина.

Для настоящего времени 11-летний и 22-летний циклы солнечной активности считаются надежно установленными, а существование более длинных циклов предположительно. В настоящее время ряд организаций проводит сбор данных и регулярные наблюдения солнечного цикла и подсчет числа пятен на Солнце. Например, в Solar Influences Data Analysis Center (SIDC, Центр анализа данных о солнечных воздействиях) в Бельгии определяется международное число солнечных пятен — International sunspot number. Кроме этого, подсчет числа пятен ведется в National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA, Национальное управление океанических и атмосферных исследований) в США. Число пятен, определяемых в NOAA, имеет название NOAA sunspot number.

• [1] Берри А. Краткая история астрономии / пер. С. Г. Саймовского. 2-е изд. М., 1946.