Вісник Астрономічної школи, 2015, том 11, № 1, с. 34–47

https://doi.org/10.18372/2411-6602.11.1034
Завантажити PDF
УДК 523.98

Подвійні максимуми сонячних циклів

Криводубський В.Н.

Астрономічна обсерваторія Київського національного університету імені Тараса Шевченка

Реферат

Запропоновано сценарій пояснення спостереженого явища подвійних максимумів 11-річних циклів сонячних плям, в якому беруть участь п'ять процесів перебудови магнетизму в сонячній конвективній зоні (СКЗ): ω-ефект, магнітна плавучість, макроскопічний турбулентний діамагнетизм, ротаційний ∇ρ-ефект і меридіональна циркуляція. Встановлено, що перебудова магнетизму у високоширотному і приекваторіальному доменах СКЗ відбувається у відмінних режимах. Ключову роль у розробленому механізмові відіграють дві зсунуті в часі хвилі тороїдального поля до сонячної поверхні в приекваторіальному домені.

Ключові слова: солнечная активность; солнечные пятна; 11-летние циклы; магнитные поля; турбулентность; динамо-модель солнечного цикла; турбулентная перестройка магнетизма

Перелік посилань

  1. Horrebow P. Elementa Mathesos I. Copenhagen. – 1792.
  2. Waldmeier M. // Zs. Astrophys. – 1938. – 16. – P.439–450.
  3. Hale G.E. On the probable existence of a magnetic field in sun-spots // Astrophys. J. – 1908. – 28. – P.315–343. https://doi.org/10.1086/141602
  4. Carrington R.C. Observations of the spots of the Sun. – London, 1863. – 264 p.
  5. Spörer G. // Publ. Astron. Gesellschaf. – 1874. – 13. – P.151; Publ. Potsdam Obs. – 1880. – № 1; Publ. Potsdam Obs. – 1894. – № 32.
  6. Maunder E.W. Sun, Place of the, Distribution of sun-spots in heliographic latitude, 1874–1913 // MNRAS. – 1913. – 73. – P.112–116. https://doi.org/10.1093/mnras/74.2.112
  7. Wolf R. Handbuch der Astronomie, 2, Shulthiss. – Zurich, 1892.
  8. Waldmaier M. // Astron. Mitt. Zurich. – 1935. – № 133.
  9. Гневышев М.Н., Оль А.И. О 22-летнем цикле солнечной активности // Астрон. журн. – 1948. – 25, № 1. – С.18–20.
  10. Babckok H.W. The topology of the Sun's magnetic field and the 22 year cycle // Astrophys. J. – 1961. – 133. – P.572–1033.
  11. Обридко В.Н. Солнечные пятна и комплексы активности. – М.: Наука, 1985. – 256 с.
  12. Обридко В.Н. Магнитные поля и индексы активности // В кн.: Плазменная гелиогеофизика. В 2 т. Т.І / Под ред. Л.М. Зеленого, И.С. Веселовского. – М.: Физматлит, 2008. – С.41–60.
  13. Вайнштейн С.И., Зельдович Я.Б., Рузмайкин А.А. Турбулентное динамо в астрофизике. – М.: Наука, 1980. – 352 с.
  14. Zeldovich Ya.B., Ruzmaikin A.A., Sokoloff D.D. Magnetic Fields in Astrophysics. – New York: Gordon and Breach, 1983.
  15. Charbonneau P. Dynamo models of the solar cycle // Living Rev. Solar Phys. – 2010. – 7, № 3. – P.1–91. https://doi.org/10.12942/lrsp-2010-3
  16. Hale G.E., Nicholson S.B. Magnetic observations of sunspots, 1917–1924 // Publ. Carnegie Wash. Inst. – 1938. – № 498.
  17. Wolf R. Kortweg Sitzungensberichne. – Wien, 1883.
  18. Ладиков-Роев Ю.П., Черемных О.К. Математические модели сплошных сред. – Киев: Наукова думка, 2010. – 552 с.
  19. Загородний А.Г., Черемных О.К. Введение в физику плазмы. – Киев: Наукова думка, 2014. – 696 с.
  20. Козак Л.В., Костык Р.И., Черемных О.К. Два режима турбулентности на Солнце // Кинематика и физика небес. тел. – 2013. – 29, № 2. – С.22–29.
  21. Колмогоров А.Н. Локальная структура турбулентности в несжимаемой вязкой жидкости при очень больших числах Рейнольдса // Докл. АН СССР. – 1941. – 30, № 4. – С.299–303.
  22. Kraichnan R.H. Internal-ranger spectrum of hydromagnetic turbulence // Phys. Fluids. – 1965. – 8. – P.1385–1387. https://doi.org/10.1063/1.1761412
  23. Krause F., Rädler K.-H. Mean Field Magnetohydrodynamics and Dynamo Theory. – Oxford: Pergamon Press, Ltd., 1980. – 271 p.
  24. Krivodubskij V.N. Small scale alpha-squared effect in the solar convection zone // Kinematics and Physics of Celestial Bodies. – 2015. – 31, № 2. – P.55–64. https://doi.org/10.3103/s0884591315020038
  25. Krivodubskij V.N. Turbulent effects of sunspot magnetic field reconstruction // Kinematics and Physics of Celestial Bodies. – 2012. – 28, № 5. – P.232–238. https://doi.org/10.3103/s0884591312050054
  26. Krivodubskij V.N. Turbulent dynamo near tachocline and reconstruction of azimuthal magnetic field in the solar convection zone // Astron. Nachrichten. – 2005. – 326, № 1. – P.61–74. https://doi.org/10.1002/asna.200310340
  27. Stix M. Theory of the solar cycle // Solar Phys. – 1981. – 74. – P.79–101. https://doi.org/10.1007/bf00151277
  28. Криводубский В.Н. Интенсивность источников магнитных полей солнечного αω-динамо // Астрон. журнал. – 1984. – 61, № 3. – С.540–548.
  29. Krivodubskij V.N. Rotational anisotropy and magnetic quenching of gyrotropic turbulence in the solar convective zone // Astronomy Reports. – 1998. – 42, № 1. – P.122–126.
  30. Rudiger G., Arlt R. Physics of solar cycle // In: Advances in nonlinear dynamos / The Fluid Mechanics of Astrophysics and Geophysics. – 2002. – 9. – P.147–191. https://doi.org/10.1201/9780203493137.ch6
  31. Ossendrijver M. The solar dynamo // Astron. Astrophys. Rev. – 2003. – 11, № 4. – P.287–367.
  32. Krivodubskij V.N. On the extended 23rd solar cycle // Proceed. IAU Symp. – 294. – 2013. – P.69–70. https://doi.org/10.1017/s174392131300224x
  33. Krivodubskij V.N., Lozitska N.I. Dependence of solar cycles duration on the magnitude of the annual module of the sunspots magnetic field // Proceed. IAU Symp. – 294. – 2013. – P.71–72. https://doi.org/10.1017/s1743921313002251
  34. Витинский Ю.И., Копецкий М., Куклин Г.В. Статистика пятнообразовательной деятельности Солнца. – М.: Наука, 1986. – 296 с.
  35. Gnevyshev M.N. The corona and the 11-year cycle of solar activity // Soviet Astronomy. – 1963. – 7, № 3. – P.311–318.
  36. Antalova A., Gnevyshev M.N. Principal characteristics of the 11-year solar activity cycle // Soviet Astronomy. – 1965. – 9. – P.198–201.
  37. Gnevyshev M.N. On the 11 years cycle of solar activity // Solar Phys. – 1967. – 1. – P.107–120. https://doi.org/10.1007/bf00150306
  38. Gnevyshev M.N. Essential features of the 11-year solar cycle // Solar Phys. – 1977. – 51. – P.175–183. https://doi.org/10.1007/bf00240455
  39. Kopecky M., Kuklin G.V. A few notes on the sunspot activity in dependence on the phase of the 11-year cycle and on the heliographic latitude // Bull. Astron. Inst. Czech. – 1969. – 20. – P.22–29.
  40. Ishkov V.N. The current 23 solar cycle: its evolution and principal features // Abstracts of the conference “Astronomy and space physics at Kyiv University”, Kyiv, Ukraine, May 22–26, 2005. – P.63–64.
  41. Schatten K.H., Scherrer P.H., Svalgaard L., Wilcox J.M. Using dynamo theory to predict the sunspot number during cycle 21 // Geophys. Res. Lett. – 1978. – 5. – P.411–414. https://doi.org/10.1029/gl005i005p00411
  42. Tassoul J.-L. Theory of Rotating Stars. – Princeton: University Press, 1978.
  43. Komm R.W., Howard R.F., Harvey J.W. Meridional flow of small photospheric magnetic features // Solar Phys. – 1993. – 147. – P.207–223. https://doi.org/10.1007/bf00690713
  44. Snodgrass H.B., Dailey S.B. Meridional motions of magnetic features in the solar photosphere // Solar Phys. – 1996. – 163. – P.21–42. https://doi.org/10.1007/bf00165454
  45. Nesme Ribes E., Meunier N., Vince I. Solar dynamics over cycle 19 using sunspots as tracers // Astron. Astrophys. – 1997. – 321. – P.323–329.
  46. Hathaway D.H. Doppler measurements of the Sun's meridional flow // Astrophys. Journ. – 1996. – 460. – P.1027–1033. https://doi.org/10.1086/177029
  47. Georgieva K. Why the sunspot cycle is doubly peaked // ISRN Astronomy and Astrophysics. – 2011. – Article ID 437838. – 11 p. https://doi.org/10.5402/2011/437838
  48. Georgieva K., Kirov B. Solar dynamo and geomagnetic activity // Journ. Atmospheric and Solar Terrestrial Physics. – 2011. – 73, № 2–3. – P.207–222. https://doi.org/10.1016/j.jastp.2010.03.003
  49. Giles P.M., Duval T.L.Jr., Scherrer P.H., Bogart R.S. A subphotospheric flow of material from the Sun's equator to its poles // Nature (London). – 1997. – 390. – P.52–54. https://doi.org/10.1038/36294
  50. Braun D.C., Birc A.C. Prospects for the detection of the deep solar meridional circulation // Astrophys. J. Lett. – 2008. – 689. – P.L161-L165. https://doi.org/10.1086/595884
  51. Zhao J., Kosovichev A.G. Torsional oscillation, meridional flows, and vorticity inferred in the upper convection of the Sun by time-distance helioseismology // Astrophys. J. – 2004. – 603. – P.776–784. https://doi.org/10.1086/381489
  52. Kosovichev A.G. Probing solar and stellar interior dynamics and dynamo // Advances in Space Research. – 2008. – 41. – P.830–837. https://doi.org/10.1016/j.asr.2007.05.023
  53. Van Ballegooijen A.A., Choudhuri A.R. The possible role of meridional circulation in suppressing magnetic buoyancy // Astrophys. J. – 1988. – 333. – P.965–977. https://doi.org/10.1086/166805
  54. Nandy D., Choudhuri A.R. Explaining the latitudinal distribution of sunspots with deep meridional flow // Science. – 2002. – 296. – P.1671–1674. https://doi.org/10.1126/science.1070955
  55. Jiang J., Chatterjee P., Choudhuri A. Solar activity forecast with a dynamo // MNRAS. – 2007. – 381, № 4. – P.1527–1542. https://doi.org/10.1111/j.1365-2966.2007.12267.x
  56. Fisher G.Y., Fan J., Longcope D.W., Linton M.G., Abbett W.P. Magnetic flux tubes inside the Sun // Physics of Plasma. – 2000. – 7, № 5. – P.2173–2179. https://doi.org/10.1063/1.874050
  57. Hathaway D.H., Nandy D., Wilson R.M., Reichmann E.J. Evidence that a deep meridional flow sets the sunspot cycle // Astrophys. J. – 2003. – 589. – P.665–670. https://doi.org/10.1086/374393
  58. Parker E.N. The formation of sunspots from the solar toroidal field // Astrophys. J. – 1955. – 121. – P.491–507. https://doi.org/10.1086/146010
  59. Зельдович Я.Б. Магнитное поле при двумерном движении проводящей жидкости // ЖЭТФ. – 1956. – 31. – С.154–156.
  60. Rädler K.-H. Zur Elektrodynamik turbulent bewegterm leitender Mediem // Zeits. Naturforsch. I. – 1968. – 23a. – S.1841–1851; II. – 1968. – 23a. – S.1851–1860.
  61. Stix M. The Sun: an introduction, second edition. – Berlin: Springer-Verlag, 2002. – 490 p.
  62. Kitchatinov L.L., Rudiger G. Magnetic field advection in inhomogeneous turbulence // Astron. Astrophys. – 1992. – 260. – P.494–498.
  63. Drobyshevskij E.M. Magnetic field transfer by two-dimensional convection and solar “semi-dynamo” // Astrophys. Space Sci. – 1977. – 46. – P.41–49. https://doi.org/10.1007/bf00643752
  64. Вайнштейн С.И. Магнитные поля в космосе. – М.: Наука, 1983. – 240 с.
  65. Кичатинов Л.Л. О магнитной гидродинамике средних полей в неоднородной турбулентной среде // Магнит. гидродинамика. – 1982. – № 3. – С.67–73.
  66. Kitchatinov L.L. Turbulent transport of magnetic fields in a highly conducting rotating fluid and the solar cycle // Astron. Astrophys. – 1991. – 243, № 2. – P.483–491.
  67. Christensen-Dalsgaard J. Helioseismology // Rev. Mod. Phys. – 2002. – 74. – P.1073–1129. https://doi.org/10.1103/revmodphys.74.1073
  68. Howe R., Christensen-Dalsgaard J., Hill F., Komm R., Larsen R. M., Schou J., Thompson M., Toomre J. Dynamic variations at the base of the solar convection zone // Science. – 2000. – 287. – P.2456–2460. https://doi.org/10.1126/science.287.5462.2456
  69. Schou J., Antia H.M., Basu S., et al. Helioseismic studies of differential rotation in the solar envelope by the Solar Oscillations Investigation using the Michelson Doppler Imager // Astrophys. J. – 1998. – 505. – P.390–417. https://doi.org/10.1086/306146
  70. Соловьев А.А., Киричек Е.А. Диффузная теория солнечного магнитного цикла. – Элиста–СПб.: Изд-во Калмыцкого ГУ, 2004. – 182 с.
  71. Popova E., Zharkova V., Zharkov S. Probing latitudinal variations of the solar magnetic field in cycles 21–23 by Parker's Two-Layer Dynamo Model with meridional circulation // Ann. Geophys. – 2013. – 31. – P.2023–2028. https://doi.org/10.5194/angeo-31-2023-2013
  72. Shepherd S.J., Zharkov S.I., Zharkova V.V. Prediction of solar activity from solar background magnetic field variations in cycles 21–23 // Astrophys. Journ. – 2014. – 795, № 1. – P.46 (8 pp.). https://doi.org/10.1088/0004-637x/795/1/46
  73. Popova E.P., Potemina K.A., Yukhina N.A. Double cycle of solar activity in a two-layer medium // Geomagnetism and Aeronomy. – 2015. – 54, № 7. – P.877–881. https://doi.org/10.1134/s0016793214070111
  74. http://www.swpc.noaa.gov/communities/space-weather-enthusiasts

Завантажити PDF