1 НИИЯФ 2013 СТРУКТУРА СОЛНЕЧНОЙ ЦИКЛИЧНОСТИ: 165 ЛЕТ ДОСТОВЕРНЫМ НАБЛЮДЕНИЯМ СА В.Н. Ишков, И.Г. Шибаев ИЗМИРАН ishkov@izmiran.ruishkov@izmiran.ru, ishib@izmiran.ru. - презентация

1 1 НИИЯФ 2013 СТРУКТУРА СОЛНЕЧНОЙ ЦИКЛИЧНОСТИ: 165 ЛЕТ ДОСТОВЕРНЫМ НАБЛЮДЕНИЯМ СА В.Н. Ишков, И.Г. Шибаев ИЗМИРАН

2 Почему такие исследования необходимо проводить только на достоверном ряде чисел Вольфа: спектральные х-ки достоверного и пронумерованного ряда; артефакты, несуразности, нелепости восстановленного ряда; критерии правдоподобия достоверных солнечных циклов. Эпохи пониженной СА: основные х-ки циклов, состояние ОКП. Развитие текущего 24 солнечного цикла – первого цикла второй эпохи пониженной СА. Затянутые минимумы СА между 11-летними циклами – фоновые характеристики Солнца, внутренней гелиосферы и ОКП. Эпохи повышенной СА: основные х-ки ПА, ВА, состояние ОКП. Переходные периоды между эпохами – смена режимов генерации магнитного поля зоны образования пятен – отличия переходов от высокой к низкой и от низкой к высокой (регулярные изменения параметров солнечного динамо или динамо с двумя режимами?). Следствия: Прогноз развития текущего и последующих солнечных циклов. НИИЯФ 2013

3 Достоверный ряд (W1) включает полных 14 циклов (с 10 по 24); Тср= мес. Основная спектральная частота f* W1 =7.8· /мес., что дает основной период Т*=1/f*=128.0мес. Из сравнения W1 и W2 рядов вытекает: отличительный характер поведения "мгновенных" частот и огибающих на интервале ; увеличение длины ряда ведет к ухудшению разрешения некоторых значимых спектральных характеристик (обычно наоборот); отсутствие или существенное искажение "высокочастотной" части спектра. У всех W1 циклов Tc/Tm > 2 – ветвь роста короче спада. У 3 циклов W2 (Tc/Tm < 2). Для W1- отрицательная корреляция (0.658) между Tm и Wm (правило Вальдмайера) и отсутствие корреляции ( 0.055) между Te и Wm. Иной характер эти связи носят для W2, где ещё более сильная корреляция (-0.898) между Tm и Wm переходит в +(+0.466) корреляцию Te и Wm. (Ishkov, Shibaev, 2005, 2012). 2 – ветвь роста короче спада. У 3 циклов W2 (Tc/Tm < 2). Для W1- отрицательная корреляция (0.658) между Tm и Wm (правило Вальдмайера) и отсутствие корреляции ( 0.055) между Te и Wm. Иной характер эти связи носят для W2, где ещё более сильная корреляция (-0.898) между Tm и Wm переходит в +(+0.466) корреляцию Te и Wm. (Ishkov, Shibaev, 2005, 2012).">

4 4 Данное исследование исходит из того, что достоверный (1849–2014) ряд чисел Вольфа устойчив, циклы СА обладают достаточно жёсткими х ми и не допускают нарушения сценария развития. Все достоверные СЦ разбиваются на эпохи (~по 5 СЦ) «пониженной» и повышенной СА, между которыми происходит регулярная смена режимов генерации МП в пятнообразовательной зоне Солнца. Первая эпоха «пониженной» СА пришлась на 12 – 16 СЦ. Второй такой период начинается с текущего 24 цикла и, вероятно, продлится также 5 СЦ. МИФИ 2014

5 НИИЯФ 2013 Из средней величины и характера появления площадей АО видно, что это действительно разные режимы ПА.

6 N To W* min Tmax Te W* max T Y T Y T Y T 1min T 2min Б/П / /5 1954/ m 33 m / /3 1964/ m 38 m / / / m 69 m / / / m 33 m / /7 1996/ m 40 m 308 Σ m 302 Эпоха «повышенной» СА: основные х-ки солнечных циклов более высокие в среднем (9.24) начальные значения W* min ; – более короткие (10.44 г.) в среднем длительности СЦ; – самые короткие в среднем (менее 3.7 г.) ветви роста; – одно и двух вершинные фазы максимума, причём 1 пик обычно W* max а 2 совпадает с максимумом вспышечной активности; ветви спада в среднем (6.96 г.) более продолжительные, но фазы min между высокими СЦ очень короткие (34.25 м ), однако фаза min между средним и высоким (20–21) СЦ аномально (для эпохи) растянута 69 м ; – количество б/п дней вокруг фазы min (от max до max) в среднем 305 d ; более расширенная в среднем зона пятнообразования ± 45º ( Рис.2) ; относительная доля более крупных пятен значимо увеличена, число групп пятен с Sp1000 м.д.п. во всех СЦ эпохи – 487 и средняя суммарная сглаженная Sp~2100 м.д.п. МИФИ 2014

7 Пятнообразовательная активность в эпоху «повышенной» СА Группы пятен с площадью 1000 м.д.п. и больше МИФИ 2014 XVIII XIX XX XXII XXI XXIII В >1000 м.д.п. S >1500 м.д.п. G >2500 м.д.п. Janssens, 2012

8 8 МИФИ 2014 (18 – 22) СЦ – 16; 17, 23 – 3; 22 – 7.

9 Эпохи пониженной СА: основные х-ки солнечных циклов.. N To W* min Tmax Te W* max T Y T Y T Y T 1min T 2min Б/П / / / m 59 m / /1 1901/ m 77 m m / /2 1913/ m 59 m / /8 1923/ m 48 m / /4 1933/ m 54 m 666 Σ m m I /12-14/02 20V-IX ,3 68 m 59 m более низкие начальные значения W* min (3.38); их большая длительность, в среднем, (10.9 г.); – более продолжительные, в среднем, (4,5 г.) ветви роста; – многовершинность фазы max для низких СЦ, причём самый большой по величине пик и становится W* max ; – более короткие, в среднем, (6.5 г.) ветви спада; более узкая зона пятнообразования по широте ±35º; – количество беспятенных дней вокруг фазы минимума, в среднем, 763 d ; средняя сглаженная площадь групп пятен ~1200 м.д.п. (рис.2); число групп пятен с площадями 1000 м.д.п. во всех циклах эпохи – 147; – затянутые фазы min между СЦ (56–60 мес ) и, особенно, перед низкими, а в двух случаях из трёх (23–24 и 14–15) – самые протяжённые фазы min. Впервые такой период затяжной фазы минимума в эру космических исследований пришёлся на СЦ 23–24 – 68 месяцев. МИФИ 2014

10 XII XIV XVI XIII XV НИИЯФ 2013 XXIV

11 Пятнообразовательная активность в эпоху пониженной СА: низкие СЦ МИФИ 2014 SW (G) MS:G5 G4 G3 G2 G1 XII XIV XVI В >1000 м.д.п. S >1500 м.д.п. G >2500 м.д.п. Низкие СЦ (60 м эволюции) Группы пятен с площадью 500 м.д.п. и больше SSC: 50γ XII XIV (M1.9Y) XVI (M 2.4Y) XXIV ? Janssens, 2012

12 Развитие 24 солнечного цикла. Текущий 24 цикл СА к середине 2013 г. немного превзошёл по высоте самый низкий 14 СЦ и развивается как СЦ низкой высоты. На данный момент – аналог 12 СЦ. Характеристики 24 цикла СА: – начало I 2009 г. с W*мин= 1.7; – первая группа текущего цикла появилась N- полушарии в I 2009 г., а в S только V 2009; – фаза роста – X 2010 г. (W = 54.4, F10.7 = 112.6); –первая большая (Sp 500 м.д.п.) ГСП – II 2011, а очень большая (Sp 1500)–X 2011 г. ; – первая большая вспышка в II 2010 г; а мощная солнечная вспышка Х6.9/2В ; – первый пик W* – февраль 2012 г.; – ожидаемый максимум W* – XII 2013 – IV 2014 г.; ожидаемая величина W*max= 75±5. НИИЯФ /

13 13 – с началом текущего солнечного цикла наблюдается явное преобладание ПА N- полушария Солнца: 4,8 года развития (на г.) за 4.7 года развития появилось 765 групп пятен, из которых только 297 – в появилось в S-полушарии; значительное ослабление магнитных полей в тенях солнечных пятен и, соответственно, рост яркости теней пятен, как показано в (Livingston et all., 2012), которое началось в фазе максимума XXIII цикла СА по-видимому прекращается – последние три точки спада не покзывают. С II 2012 г. Солнце находится в режиме квадрупольного магнитного поля, что обычно бывает в фазе максимума перед переполюсовкой (1.2 – 1.9 лет) – «провал» Гневышева!!! нет полярных КД. НИИЯФ 2013

14

15 N To W* min Tmax Te W* max T Y T Y T Y T 1min T 2min Б/П / /2 1867/ m / /8 1878/ m 65 m 1025 Σ / /6 1933/ m 54 m / /4 1944/ m 33 m / /5 1954/ m 33 m 444 Σ m / /7 1996/ m 40 m / /4 2008/ m 68 m 821 Σ Периоды перехода между эпохами «повышенной» и «пониженной» СА Перед каждой эпохой «пониженной» и «повышенной» СА происходит смена режима генерации магнитного поля в конвективной зоне Солнца, которая вероятно происходит в течение 1±.5 – 2 солнечных циклов. МИФИ 2014

16 Периоды перехода между периодами «повышенной» и «пониженной» СА: Из обилия наблюдательных фактов стало возможным понять, что начиная с максимума 22 и по конец 23 солнечных циклов, условия генерации магнитных полей на Солнце значимо изменились и дали начало новому периоду «пониженной» СА – эпохе циклов средней и низкой величины (период спада 150-летнего цикла). Наиболее вероятными признаками этой перестройки в XXII СЦ стали: – появление БГП на высоких широтах (35º) на фазе роста и в максимуме СЦ; – реализация наиболее мощных СВ в фазе максимума; полное отсутствие вспышек балла Х н фазе спада (после октября 1992 г.) НИИЯФ 2013 XVII XVIII XXIIXXIII

17 17 НИИЯФ 2013 Наиболее вероятными признаками этой перестройки в XXIII СЦ стали: – единственный из статистики достоверных циклов случай нарушения правила Гневышева – Оля, по которому нечётный цикл должен быть выше предыдущего чётного; – затяжной период (с 2000 г.) падения напряжённости магнитного поля в тенях пятен (из-за резко возросшего относительного количества малых солнечных групп пятен. В обоих переходных периодах к «пониженной» СА наблюдались сильно затянутые ветви спада (8.5 и 8.9 г.) и, как возможное следствие, количество беспятенных дней вокруг фазы минимума резко увеличилось и составило 1025 d (циклы 11 – 12) и 821 d (23 – 24). Периоды перехода между периодами «повышенной» и «пониженной» СА:

18 относительная доля небольших и спокойных групп пятен значимо уменьшается – параметр q отношение площади тени к площади всего пятна возрастает и имеет максимум в начале 30-х годов прошлого века (q= SU/S); появление групп пятен гигантских площадей (~ 6000 м.д.п.); количество беспятенных дней в фазе минимума возвращается к своему среднему уровню ~ 485 d ± 100 d ; 18 (Bludova et al., 2014) НИИЯФ 2013 Периоды перехода между периодами «пониженной » и «повышенной» СА:

19 Выводы – статистики достоверных циклов (9 – 24) уже достаточно, чтобы делать первые выводы о тонкой структуре СЦ, а сюрпризы последних прошедших солнечных циклов позволяют начать обсуждение переходных периодов; – солнечная цикличность состоит из эпох «пониженной» и «повышенной» СА примерно по 5 СЦ, разделённые периодом 1.5 – 2 СЦ, когда происходит перестройка режима генерации магнитных полей в пятнообразовательной области конвективной зоны Солнца к соответствующей эпохе; – эпохи пониженной СА характеризуются большей долей небольших спокойных групп пятен и, соответственно, пониженной вспышечной активностью; в низких циклах значимо уменьшается количество мощных солнечных вспышечных событий и, как следствие, ведёт к небольшому количеству больших МБ, зато резко увеличивается число и длительность относительно спокойных геомагнитных периодов; – в эпохи повышенной СА значимо увеличивается количество магнитных потоков с быстрой эволюцией, что ведёт к появлению больших ВАО; наблюдается полный набор мощных событий на Солнце и в ОКП; – в эти эпохи наблюдательные правила развития циклов и их чередование строго работают; НИИЯФ 2013

20 – В переходные периоды могут возникать отклонения от наблюдательных правил и осуществляться, по-видимому, самые экстремальные вспышечные события (27.08– г. – 10 СЦ, 1 – г. – 22 СЦ, г. – 23 СЦ) и экстремальные СПС – из 10 зарегистрированных событий 9 осуществились в СЦ 22 и 23, т.е. внутри эпох такие события маловероятны; – текущий солнечный цикл будет низким, похожим на СЦ 12, и знаменует собой наступление II эпохи пониженной СА со всеми вытекающими отсюда последствиями: наиболее мощные вспышечные события будут происходить на фазе спада текущего СЦ; 25 СЦ будет выше текущего с W*~100; СЦ 24 – 28 составят очередную эпоху пониженной СА с реализацией циклов низкой и средней величины. Выводы НИИЯФ 2013

21 СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ! МИФИ

22 Многие солнечные, гелиосферные и земные параметры, в целом меняющиеся в фазе с солнечной активностью, испытывают временную «депрессию» вблизи солнечного максимума (так называемый «провал Гневышева»). Недавно подобный «провал» был выявлен в х-ках межпланетной плазмы и в поведении годовых значений числа СПС с энергией протонов выше 10 МэВ. Все упомянутые эффекты очень важны для изучения общей протонной светимости Солнца и долговременных трендов в поведении солнечных магнитных полей.