Особенности изменений среднегодовых значений чисел Вольфа

Наиболее отличительной особенностью изменений со временем чисел Вольфа W является так называемая 11-летняя цикличность, о которой уже упоминалось выше. На рис. 3.3 показаны изменения среднегодовых значений W с 1700 по 2012 год, т. е. в том интервале, где значения W выведены по результатам прямых наблюдений солнечных пятен.

Среднегодовые значения чисел Вольфа в 1700-2012 годах

Рис. 3.3. Среднегодовые значения чисел Вольфа в 1700-2012 годах

Общепринята нумерация 11-летних циклов, в которой нулевой номер присвоен 11-летнему циклу с эпохой максимума 1750,3. Среднюю продолжительность 11 -летнего цикла считают равной 11,1 года, что составляет сущность закона Швабе - Вольфа. В то же время длина 11 -летнего цикла испытывает довольно сильные колебания: при определении по эпохам минимумов длина циклов изменяется от 9,0 до 13,6 года, а по эпохам максимумов - от 7,3 до 17,1 года [40]. Высота циклов также варьирует в широких пределах: от 45,8 в 6-м цикле по цюрихской нумерации до 189,9 в 19-м цикле (по среднегодовым значениям). Принято считать, что начало каждого цикла начинается с эпохи минимума. В 2008 году начался 24-й цикл солнечной активности.

Имеются попытки аналитического представления изменений W в 11- летнем цикле, но все они справедливы с некоторыми оговорками, поскольку полученные формулы не являются общими для всех циклов без исключения. Такие представления имеют определенный смысл для проблемы предсказания солнечной активности, но их обоснование носит чисто статистический характер. Интересно, что далеко не все характеристики солнечной активности обнаруживают простой 11-летний цикл. Например, в изменении от года к году числа протонных вспышек наблюдаются два максимума в 1 Плетнем цикле [41]. Также двумя максимумами характеризуется изменение скорости солнечного ветра в 20-м по цюрихской нумерации 11-летнем цикле [244].

На рис. 3.4 показан спектр изменений чисел Вольфа с 1700 по 2012 год. Функция спектральной плотности S нормирована к своему максимальному значению.

Спектр изменений чисел Вольфа с 1700 по 2012 год

Рис. 3.4. Спектр изменений чисел Вольфа с 1700 по 2012 год

Видно, что в спектре W 11 -летний цикл представлен триплетом пиков, локализованных на частотах, соответствующих периодам 10,9; 10,0 и 8,4 года. То, что спектральный анализ W по методу максимальной энтропии (ММЭ) обнаруживает тонкую структуру 11-летнего цикла, показано также в работах [311] и [91]. Кроме того, длина среднего 11-летнего цикла, согласно рис. 3.3, заведомо меньше 11,1 года. В [91] отмечено, что к числу недостатков ММЭ относится то, что в экспериментах с использованием метода Бурга не всегда сохраняется локализация пиков по частоте и может происходить их спонтанное расщепление, но, думается, что не с этим связана тонкая структура среднего 11-летнего цикла.

Из рис. 3.3 и 3.4 следует, что 11-летний цикл преобладает в изменениях чисел Вольфа. 22-летний магнитный цикл активности Солнца (цикл Хейла), имеющий вполне реальный физический смысл, в спектре W проявляется очень слабо. Определенно можно сказать, что 22-летний цикл на основании статистического анализа изменений W обнаруживается с трудом [40].

Если 11 - и 22-летний циклы солнечной активности в течение уже долгого времени считаются надежно установленными (не только по данным об изменениях чисел Вольфа!), то относительно характерных времен вековых изменений солнечной активности единого мнения нет и в настоящее время. Дело в том, что результаты определения этих характерных времен (продолжительности вековых циклов) полностью зависят от длины исследуемой выборки и качества исходных данных. Например, если рассматривать выборку значений W за 1749-1974 годы, то в спектре W отчетливо проявляется пик, соответствующий периоду в 87 лет [91]. Это дало основания называть вековые изменения W 80-90-летними (цикл Гляйсберга). Однако для выборки значений W за 1700-2012 годы, которая представлена на рис. 3.3, низкочастотные изменения W характеризуются уже двумя пиками в спектре, соответствующими периодам 125 и 48,7 лет (рис. 3.4).

Ю.А. Наговицын [130] предлагает помимо циклов Швабе - Вольфа и Гляйсберга в изменениях W рассматривать также ~200-летний цикл Зюсса и ~900-летний цикл. 200-летний цикл можно непосредственно проследить по 1000-летней шкале изменений среднегодовых значений W, которые представлены на рис. 3.5. Эти данные также взяты с сайта Ю.А. Наговицына http://www.gao.spb.ru/database/esai. Они подробно обсуждены в работе [130].

Характерной особенностью изменений W в последнее тысячелетие является наличие трех ярко выраженных минимумов солнечной активности: во второй половине XVII века (минимум Маундера), во второй половине XV века (минимум Шперера) и в начале XIV в. (минимум Вольфа). Открытие минимума солнечной активности во второй половине XVII века, которому присвоили имя Маундера, в свое время наделало много шуму среди солнечников [199]. Дж. Эдди [199] утверждал, что на протяжении более чем полувека на Солнце вообще не было пятен. Однако последние исследования показали, что максимумы 11-летних циклов в минимумах Маундера, Шперера и Вольфа были низкими (порядка 30), но не нулевыми [130]. Это можно видеть на рис. 3.5.

Среднегодовые значения чисел Вольфа в 1090-2005 годах

Рис. 3.5. Среднегодовые значения чисел Вольфа в 1090-2005 годах

Спектр изменений чисел Вольфа в 1090-2005 годах (над основными пиками указаны периоды гармоник в годах)

Рис. 3.6. Спектр изменений чисел Вольфа в 1090-2005 годах (над основными пиками указаны периоды гармоник в годах)

Спектральный анализ ряда W(t) за последнее тысячелетие позволяет выявить такие периоды (в годах): 200; 125; 80; 60,6; 11; 10,5; 10,1; 9,7; 9,3 (рис. 3.6). Здесь отмечены только периоды гармоник, для которых величина спектральной плотности S превышает 10 % от ее максимального значения. Еще раз имеет смысл подчеркнуть, что наличие тех или иных гармоник в спектре случайного процесса, каковым является пятнообразующая деятельность Солнца, представляет собой результат формального разложения циклических изменений в этом процессе в гармонический ряд.

Тем не менее из рис. 3.6 следует, что и 11-летний, и 80-90-летний, и даже 200-летний циклы в тысячелетнем ряде изменений чисел Вольфа отчетливо проявляются. Можно также отметить, что самый первый пик на рис. 3.6 соответствует периоду около 800 лет. Реальность существования цикла солнечной активности продолжительностью примерно от 600 до 900 лет остается дискуссионной проблемой, поскольку длина этого цикла сопоставима с длиной синтезированных рядов W(t).

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >