Двухкомпонентное происхождение крупномасштабных магнитных полей Солнца

ОГЛАВЛЕНИЕ.
Введение.
Предисловие.
Глава 1. Анализ мультиполей крупномасштабного магнитного поля. -§1.1 Потенциальный расчёт мультиполей крупномасштабного магнитного поля.
§ 1.2 Исследование особенностей эволюции и структуры крупномасштабных магнитных полей по На - синоптическим картам.
§ 1.3 Энергетический подход в исследовании эволюции крупномасштабного магнитного поля Солнца.
§1.3.1 Вывод формулы вычисления энергии магнитного поля в модели с поверхностью нулевого потенциала.
§1.3.2 Сопоставление свечения «зелёной» короны и энергии магнитного поля Солнца.
§ 1.3.3 Аттракторный анализ временных рядов энергий мультиполей.
§ 1.3.4 Эволюция энергий мультиполей в солнечной короне в 21-м цикле.
§1.4 Модуляция потока галактических космических лучей
крупномасштабными магнитными полями Солнца. * 8/
§ 1.4.1 О характере влияния долготно-радиальной и широтной компонент магнитного поля Солнца на поток г алактических космических лучей. - 88
§ 1.4.2 Реконструкция солнечных циклов крупномасштабного магнитного поля. - 94
Глава 2. І Іроявления двухкомпонентной природы осесимметричного крупномасштабного магнитного поля Солнца. -101
§ 2.1 Широта поясов волокон в минимуме пятен и уровень акгивности в двух следующих одиннадцатилетних циклах. -101
§ 2.2 Экваториальные и полярные переполюсовки осесимметричного крупномасштабного магнитного поля как единый процесс цикла полоидального магнитного поля. -116
§ 2.3 Высокоширотные протуберанцы в чётных и нечётных циклах - 128
Глава 3. Исследование крупномасштабного магнитного поля в двух пространственных координатах на поверхности Солнца. -132
§ 3.1 Крупномасштабная организация магнитной цикличности Солнца на двумерных усреднённых синоптических На - картах полярности. -132
§ 3.2 Инварианты весовых параметров гармоник распределения полярностей крупномасштабного магнитного поля в циклах. -156
Глава 4. Диполь-квадрупольный цикл фонового магнитного поля
Солнца. -167
§ 4.1 Эволюция энергий диполя и квадруполя в солнечном цикле. -167
§ 4.2 Количественное моделирование энергетической эволюции магнитного поля Солнца в диполь-квадрупольном цикле -183
Глава 5. Секторно-полушарная асимметрия экстремумов глобальной активности. -194
§5.1 Секторная структура активных долгот в солнечных циклах. -194
§ 5.2 Определение основного периода вращения секторной структуры
і
и её пространствснной конфигурации на поверхности Солнца. -212
Глава 6. Глобальная инерционная волна как возможный генератор цикла фонового магнитного поля Солнца. -231
§ 6.1 Качественное рассмотрение инерционных волн на Солнце. -231
§ 6.2.1 Наблюдательные доказательства существования ГИВ на Солнце. Деформация фигуры Солнца. -243
§ 6.2.2 Модуляция явлений солнечной активности Глобальными Инерционными Волнами. -258
Заключение -270
Литература -282
ВВЕДЕНИЕ.
Актуальность проблемы. Происхождение крупномасштабных магнитных полей является одной из ключевых проблем физики Солнца. Имеются две альтернативные точки зрения на природу этих магнитных полей.
Согласно первой, которая более популярна, крупномасштабные магнитные поля на поверхности Солнца образуются из магнитных полей активных областей. Для этого предполагаются специальные процессы переноса и перераспределения магнитного потока из экваториальных областей Солнца в полярные. По этой концепции, магнитный цикл Солнца - это, прежде всего, цикл пятнообразовательной деятельности, сосредоточенный на дне конвективной зоны. Генерация магнитных полей активных областей происходит благодаря механизму динамо. Все остальные эволюционные и циклические изменения характеристик магнитных полей крупного масштаба - производные от цикла пятнообразования. Дальнейшее развитие эта концепция получила в создании так называемой модели переноса поверхностного магнитного потока (Wang & SheeIey,1994,Astrophys. J., 284,265).
Альтернативная концепция рассматривает магнитную цикличность Солнца как глобальный процесс, охватывающий все широты и слои атмосферы. Крупномасштабное магнитное поле в этой концепции имеет самостоятельную сущность, не зависимую от пятнообразования, или даже являющуюся основой для пятнообразования. Модельные расчёты здесь не проводились, и в целом, концепция математически гораздо менее развита. Но её существование оправдывается, во - первых, неустранимыми трудностями, с которыми сталкивается в рамках первой концепции физическое моделирование глобального солнечного цикла, во-вторых, наблюдательными фактами, доказывающими, что усреднённые по временным и пространственным масштабам характеристики состояния глобального магнитного поля, не имеют причинно-следственного влияния интенсивности пятнообразования.
В силу этих обстоятельств, происхождение крупномасштабных магнитных полей Солнца до сих пор является нерешённой концептуальной проблемой, необходимость разрешения которой давно назрела.
Целью диссертации является комплексное исследование структурных и эволюционных свойств крупномасштабных магнитных полей Солнца, на основе которого возможно было
бы получить решение описанной концептуальной проблемы. Полученные результаты должны дать возможность отбора и построения теоретических моделей магнитной цикличности Солнца.
Научная новизна. В работе применены различные методы исследования свойств крупномасштабного магнитного поля, как в структурном, так и в эволюционном аспектах. Впервые, на основе вычисляемых физических параметров, получены О свидетельства независимости цикла этого поля от цикла
2\ пятнообразования, и зависимости цикла пятнообразования от
/
цикла фонового магнитного поля. Обосновывается, что структурная и эволюционная организация крупномасштабного магнитного поля Солнца складывается из фундаментальной зонально-секторной компоненты фонового магнитного поля и, производной от неё, зональной компоненты магнитных полей активных областей. Эти поля перераспределяются по солнечной поверхности механизмами переноса магнитного потока. Открыто существование стабильной (несколько солнечных циклов) глобальной четырёхсекторной структуры и секторнополушарной асимметрии экстремумов числа явлений солнечной активности (полярные факелы и группы пятен). Впервые, для объяснения природы цикличности фонового магнитного поля,
собраны наблюдательные аргументы, доказывающие существование нерадиальных пульсаций Солнца в форме глобальных инерционных волн.
Научное и практическое значение. Результаты работы меняют некоторые общепринятые, в настоящее время, представления физики Солнца. В частности, цикл крупномасштабного магнитного поля Солнца не может зарождаться в основании конвективной зоны, где генерируются магнитные ноля активных областей. Его источник должен находиться гораздо глубже; он определяет, амплитуду и фазу цикла пятнообразования. Динамо теория должна объяснить обнаруженные закономерности в структурной организации циклов крупномасштабного магнитного поля Солнца. Не исключено, что цикл этого поля образуется на основе реликтового магнитного поля солнечного ядра и его нерадиальных пульсаций. Эти результаты по природе солнечного магнетизма имеют большое значение и в общем астрофизическом аспекте. Нерадиальные пульсации звёзд оказываются возможным источником их магнитной цикличности.
На защиту выносится следующие результаты:
8
1. Цикл фоновой компоненты крупномасштабного магнитного поля Солнца не зависит от цикла пятен.
2. Существует зонально-секторный цикл фоновой компоненты крупномасштабного магнитного поля.
На защиту также выносится пуню-, подтверждающий двухкомпонентную природу крупномасштабного магнитного поля Солнца, а именно:
3. Существует стабильная секторно-полушарная асимметрия концентраций элементов солнечной активности в циклах, вращающаяся с Бартельсовским периодом.
Апробация работы. Основные результаты исследований, изложенные в диссертации, докладывались на Всесоюзной школе - семинаре по физике Солнца памяти Г.М. Никольского (Кисловодск, 1986), на Международных симпозиумах КАПГ по солнечно-земной физике (Ленинград, 1987; Одесса, 1988) , на симпозиуме МАС №138 (Киев, 1989), на Пжегодйом семинаре рабочей группы по специальным теоретическим и
9
экспериментальным исследованиям солнечной плазмы «Физика солнечной плазмы» (Ленинград, 1989), на Всесоюзных конференциях по физике Солнца (Алма-Ата, 1987; Ашхабад, 1990), на Совещаниях рабочих групп сбора данных и прогноза солнечной активности секции «Солнце» Астрономического совета АН СССР (Пулково, 1990; Пулково 1991; ИЗМИРАН,1992), на конференции Современные проблемы солнечной цикличности, посвящённой памяти М.Н. Гневышева и А.И. Оля (Пулково, 1997), на научных семинарах ГАО РАН, ИЗМИРАН (1986 - 1992 гг.).
Исходные материалы и личный вклад автора. Основным источником информации являются результаты наблюдений
Солнца в белом свете и в линии Н а , в получении которых автор принимал непосредственное участие на Горной астрономической станции ГАО РАН, данные мировой сети станций: каталоги координат групп пятен, синоптические карты хромосферных образований, магнитографические наблюдения, опубликованные в различных изданиях 1897 - 1995 гг..
В диссертации обобщены результаты автора из 35 работ, часть которых (19 работ) выполнена в соавторстве с М.Н. Гневышевым, В.И. Макаровым, М.П. Фатьяновым, В.В. Макаровой, В.В. Борцовым, М.В. Кушнир (все ГАС ГАО РАН)
10
и А.Д. Виттманном (A.D. Wittmann, Gottingen, Germany). В этих работах В.П. Михайлуце принадлежат, как правило, постановка задачи, интерпретация результатов, и равное участие при обсуждении и обработке материала.
Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, предисловия, шести глав и заключения. Объём основного текста 216 страниц, 68 рисунков, 26 таблиц. Библиография состоит из 168 наименований.
Краткое содержание диссертации.
Во введении обосновывается актуальность проблемы изучения природы крупномасштабных магнитных полей Солнца. Определён её концептуальный характер и дискуссионность общего состояния вопроса. Сформулирована цель работы и перечислены её основные результаты.
В предисловии дан обзор состояния проблемы, показано место отстаиваемой автором концепции в общем русле исследований. Приведена защищаемая в диссертации блок-схема сущности природы крупномасштабных магнитных полей Солнца.
11
В главе 1 развит мультипольный подход к анализу структуры и эволюции крупномасштабного магнитного поля Солнца. Его структура исследовалась по На синоптическим
картам полярностей поля. Используя рассчитанную за длительный интервал времени пространственную ориентацию наиболее крупномасштабных мультиполей - диполя и квадруполя, показано, что особенности их вращения радикально отличаются. Пространственная эволюция этих полей не определяется одним источником. Отмечено, что положения полюсов квадрупольной компоненты магнитного поля часто тесно ассоциируются с экваториальными корональными дырами. Так же получен вывод, что мультиполь третьего порядка - октуполь * является доминирующей структурой крупномасштабного магнитного поля в эпоху минимума солнечной активности, когда на поверхности Солнца отсутствуют пятна. В этой главе приведены также результаты использования энергетического подхода к исследованию свойств крупномасштабного магнитного поля. Показано, что энергия мультиполей является удобной инвариантной характеристикой степени их вклада в структуру общего поля. Получена конкретная расчетная формула энергий для случая представления поверхностной структуры поля в виде ряда по шаровым функциям в модели с поверхностью нулевого
12
потенциала. Используя Стэнфордские коэффициенты разложения поверхностной структуры поля по сферическим гармоникам за 21-й солнечный цикл, показано, что эволюция энергии части крупномасштабного магнитного поля, имеющей дипольный тип симметрии, отличается от таковой, имеющей квадрупольный тип симметрии. Между максимумами их циклов имеется сдвиг фазы, совпадающий по времени с двухвершинной формой цикла «зелёной» короны, обнаруженной М.Н. Гневышевым. Получен вывод, что в эволюции энергии полей разного типа симметрии проявляются разные динамические системы солнечного цикла. Увеличению энергии полей дипольного типа соответствует усиление свечения «зелёной» короны по всей поверхности Солнца, увеличению энергии полей квадрупольного типа - усиление свечения только в экваториальной зоне. Вывод о разных динамических системах, составляющих единый цикл, был проверен применением аттракторного анализа к временным рядам энергий мультиполей. Этот анализ показал, что в цикле уверенно выделяются две динамические системы магнитных полей, отличающиеся по количеству своих динамических переменных и степени детерминированной хаотичности. Это мультиполи с номерами 1, 3 и 5, как одна динамическая система, и мультиполи с номерами 2, 4, 6, 7, 8 и 9, как другая. Причём
13
система мультиполей 1, 3 и 5 имеет более сложное динамической поведение, размерность фазового пространства этой системы примерно на единицу выше.
Прямое сопоставление особенностей эволюции энергий отдельных мультиполей методом графических таблиц, за 21-й цикл активности, показало, что энергетическая подкачка крупномасштабных магнитных полей полями масштабов активных областей была заметна в течение коротких времен (несколько оборотов Солнца) только на фазе спада цикла активности и в эпоху первого максимума. В остальное время не было свидетельств усиления крупномасштабных магнитных полей путем перекачки энергии из магнитных полей более мелкого масштаба.
Анализ связи глубины модуляции потока галактических космических лучей на Земле со структурой и интенсивностью крупномасштабного магнитного поля Солнца за 21-й цикл показал, что на временных интервалах усреднения величин порядка полгода - год, определяющий вклад в модуляцию вносит квадрупольная компонента поля. Восстановленные по модуляции потока космических лучей разной жёсткости, циклы изменений квадрупольной компоненты (назад до 1937 года) совпали по амплитуде и фазе с циклами чисел Вольфа. Таким
образом было получено независимое свидетельство генетической связи циклов крупномасштабного поля
(преимущественно его квадрупольной компоненты) с циклами пятнообразования.
В главе 2 приведены результаты широтно-временного анализа положения нейтральных линий зональной компоненты крупномасштабного магнитного поля. Этот анализ определил направление «стрелы» связи между крупномасштабным
магнитным полем и пятенной активностью. Показано, что положения средних широт нижнего и верхнего поясов волокон и протуберанцев на синоптической Н „ карте в минимумах циклов связаны корреляционными соотношениями с интенсивностью пятенной активности Солнца в последующих максимумах,
соответственно через * 16 лет и « 5 лет. В то же время, не имеется корреляционных связей между интенсивностью
пятнообразования в максимумах и зональной структурой крупномасштабного поля в последующих минимумах циклов.
В этой главе показано также, что наблюдаемая широтновременная картина последовательных переполюсовок полярного магнитного поля Солнца в циклах не противоречит
существованию переполюсовок полярности крупномасштабного поля на экваторе Солнца, более того, требует их для своей
15
завершённости. Полярные и экваториальные переполюсовки происходят в фазе максимума цикла. Как логическое следствие этого факта, была предложена концепция глобальной переполюсовки поля внутреннего источника, являющегося «родителем» фонового магнитного поля Солнца, на которое налагаются остаточные поверхностные магнитные поля предыдущего цикла. Феноменологическое развитие этой концепции, в рамках осесимметрии, позволило предсказать существование 22-х летнего цикла ориентации лучевых структур короны, что было подтверждено М.П. Фатьяновым (канд. дисс. 1993) на основе большого наблюдательного материала по солнечным затмениям. Другое наблюдательное подтверждение было найдено нами в исследовании размеров приполярных протуберанцев в чётных и нечётных солнечных циклах.
В главе 3 рассмотрена крупномасштабная организация магнитной
цикличности Солнца на двумерных усреднённых синоптических На картах, за максимально возможный период времени ( с 1870 года). Использованы, предложенные автором, методы создания усреднённых синоптических карг структуры полярностей крупномасштабного магнитного поля Солнца в минимумах циклов чисел Вольфа и нахождения значимых гармоник и мод по величинам сферических гармонических коэффициентов разложения структур этого поля в последующих максимумах. 11оиском корреляционных связей было найдено, что
«источником» солнечной активности является первая секторная мода (т=1) распределения полярностей в минимумах. Эта мода структуры полярностей магнитного поля связана корреляционными соотношениями с энергией полоидального магнитного поля следующих минимумов активности и с уровнем пятнообразовательной деятельности следующих за этими минимумами максимумов. Амплитуда цикла «внука» закладывается в цикле «дед». Найдены инварианты соотношений между «весовыми» параметрами структур крупномасштабного поля в циклах. Инварианты указывают на подчинённую роль пятнообразования в циклах глобального магнитного поля. Впервые выделена фундаментальная роль квадруполеподобных структур в максимумах циклов. Процесс образования амплитуд циклов, смоделированный по найденным связям, обладает стохастическими свойствами. Предсказан высокий уровень максимума 23-го цикла (выше или порядка уровня 19-го цикла) и низкий уровень 24-го цикла (примерно как 16-й цикл).
Основной вывод этой главы формулируется так: цикл
Фоновой компоненты крупномасштабного магнитного поля Солнца не зависит от цикла пятен, и определяет его.
17
Результаты этой главы поставили на центральное место в проблеме глобального магнитного цикла Солнца два вопроса:
■ Откуда берётся квадрупольная секторная структура полярностей крупномасштабного магнитного поля в максимумах циклов пятен?
■ Как сменить знак полярного поля Солнца, если остаточные магнитные поля активных областей оказываются не существенными в этом процессе?
Ответы на эти вопросы приведены в главе 4. В этой главе, на основе результатов прямых Стэнфордских магнитографических наблюдений поверхностных полей Солнца за 16-летний интервал времени, показано, что дипольная и квадрупольная компоненты поля образуют магнитный цикл, в котором сумма энергий этих полей остаётся относительно постоянной (в пределах половины порядка), хотя величины энергий полей в цикле меняются на три порядка. В этом цикле, в фазе минимума пятнообразования, квадрупольное поле имеет практически нулевую энергию, а дипольное имеет максимальную энергию. Ориентация его магнитного момента, в это время, мало отклоняется от оси вращения Солнца (зональная структура полярностей). В фазе максимума пятнообразования зональная
структура диполя исчезает, появляется доминирующая секторная квадрупольная структура и, сопутствующая ей, экваториальная (секторная) дипольная. Эти факты объединены в одну физическую картину, основанную на идее существования на Солнце диполь-квадрупольного цикла (или в более общей формулировке: зонально-секторного цикла). Согласно этой картине, на Солнце постоянно существует четырехсекторная миграция магнитного потока фонового поля от полюса до полюса, со встречным направлением в соседних секторах. Количественное моделирование диполь-квадрупольного цикла в приближении «вмороженного» поля показало, что наблюдаемый и смоделированный ход эволюции энергии магнитных компонент системы достаточно хорошо согласуются. При этом, сектора должны быть разбиты на пары, в которых напряжённости магнитных полей отличаются в два раза. Это означает, что некоторый «перестановочный» механизм элементов потока фонового магнитного поля Солнца вдоль меридиональных секторов может количественно воспроизвести наблюдаемую картину диполь-квадрупольного цикла. Наблюдательное подтверждение идее существования квазиконсервативной системы диполь-квадрупольного цикла было найдено в анализе миграций магнитного потока экваториальных корональных дыр, как видимых полюсов
19
фонового магнитного поля. Моделирование цикла показало, что зональное поле минимума цикла не является чисто дипольным, а представляет собой сумму гармоник 1, 3 и 5. Поэтому формулировка цикла фонового магнитного поля как зонально-секторного, является более корректной.
Основной вывод этой главы сформулирован так: существует
зонально-секторный цикл фоновой компоненты
крупномасштабного магнитного поля Солнца.
В главе 5 приведены результаты исследования секторной структуры экстремумов глобальной активности Солнца. Показано, что в долготной системе координат, вращающейся с синодическим периодом Т=27,23‘/, определённым по линейным синоптическим картам полярностей экваториальных корональных дыр за 18-летний интервал времени, долготное распределение чисел полярных факелов в солнечных циклах демонстрирует секторно-полушарную асимметрию. А именно: 1) в распределениях каждого полушария имеются два диаметрально расположенных максимума и минимума; 2) максимумы и минимумы разграничены четырьмя долготными секторами; 3) распределения в полушариях находятся в противофазе друг к другу.
20
При исследовании пятенной активности в этой системе координат было обнаружено, что экстремумы долготных распределений площадей пятен в пяти последних циклах демонстрируют, из перечисленных трёх особенностей секторнополушарной асимметрии, только вторую. Этот факт интерпретирован, во-первых, как следствие используемой системы долготных координат, не соответствующей истинному периоду вращения секторной структуры, во-вторых, как то, что площади пятен не «чувствуют» секторно-полушарную асимметрию. Задача поиска истинного периода вращения четырёхсекторной структуры для последних пяти циклов Солнца была решена с помощью введённого параметра -секторно-полушарного контраста распределения числа групп пятен. Показано, что характерная секторно-полушарная асимметрия возникает при использовании числа групп пятен в качестве индекса активности, в системе вращения долготной системы координат практически совпадающей с Бартельсовской (Т=27,0^). Долготное распределение числа полярных факелов за два последних цикла и ярких фотосферных точек вдоль лимба по всей поверхности Солнца в минимуме цикла, в этой системе вращения, демонстрируют устойчивую картину секторнополушарной асимметрии положения экстремумов. Хотя контраст картины экстремумов, в целом, не превышает 30%, он
21
сохраняется от цикла к циклу как для пятен, так и для полярных факелов. Границы секторов наклонены к солнечным меридианам, так что разницы долгот экваториальных и полярных концов границ в каждом полушарии составляют примерно +90°. Это объединяет экваториальные секторы распределения числа групп пятен и полярные секторы распределения числа полярных факелов. В итоге, на поверхности Солнца постоянно присутствует пространственнопериодическая картина распределения экстремумов числа явлений солнечной активности. На которой экстремумы полярной и экваториальной активности находятся в противофазе в каждом полушарии, и, в то же время, имеется противофаза между полушариями. Полученная
пространственно-периодическая картина секторно-полушарной асимметрии интерпретирована как следствие некоторого глобального волнового процесса, оказывающего модулирующее воздействие на поверхностное распределение числа элементов солнечной активности.
Основной вывод главы 5: в солнечных циклах существует стабильная секторно-полушарная асимметрия распределения экстремумов числа групп пятен и полярных факелов в Бартельсовской системе вращения долготных координат.
22
В главе 6 приведены качественные теоретические и наблюдательные аргументы возможного существования на Солнце нерадиальных пульсаций, в форме глобальных инерционных волн, для объяснения всей совокупности результатов, полученных в предыдущих главах. Показано, что диполь-квадрупольный цикл полярностей и энергий фонового магнитного поля Солнца может быть следствием существования бегущей инерционной волны, возбуждённой в глубоких недрах (вероятно ядро Солнца). Секторно-полушарная асимметрия объясняется стоячей (захваченной) волной. Азимутальные волновые числа этих волн (бегущей и стоячей) идентичны, фундаментальная разница должна быть в радиальных волновых числах. Получены оценки значений волновых чисел Глобальных инерционных волн, которые были использованы для проведения наблюдагельных экспериментов, подтверждающих их существование на Солнце.
Первое наблюдательное подтверждение получено из поиска возможных малых /деформаций фигуры Солнца, возникающих из-за спиральных движений среды в инерционной волне. Соответствующим образом обработанные нами измерения солнечного диаметра, выполненные А. Д. Виттманном (Германия) и М. Биандой (Швейцария) на двух обсерваториях в 1990-1995 годах (более
23
5000 измерений), показали наличие разницы диаметров (до ±0,2"), в зависимости от значения фазы точки поверхности Солнца, пропорциональной значению радиальной скорости стоячей глобальной инерционной волны. Одновременно оценены значения периода вращения стоячей инерционной волны (26,98') и зональной волновой моды (1=3), как наиболее согласующиеся с измерениями.
Во втором наблюдательном эксперименте исследовались периоды модуляций числа полярных факелов и числа групп пятен - как индикаторов секторно-полушарной асимметрии. Модуляция стоячей волной имеет периоды, зависящие от широты солнечной поверхности и одинаковые временные фазы. Показано, что ожидаемые периоды модуляций действительно присутствуют во временных рядах чисел полярных факелов и групп пятен. Характер фаз модуляций соответствует свойствам стоячей волны. Причем для групп пятен модуляция выявляется в тех секторах солнечной поверхности, где их число повышено. Что согласуется с предложенной физической интерпретацией секторно-полушарной асимметрии.
Таким образом эти наблюдательные эксперименты, способные подтвердить или опровергнуть существование
24
Глобальных Инерционных Волн на Солнце, дали положительные результаты.
В заключении обрисована, в целом, концепция двухкомпонентного происхождения крупномасштабных магнитных полей Солнца. Независимость циклов структурных перестроек крупномасштабного магнитного поля от интенсивности пятнообразования и, наоборот, зависимость этой интенсивности от структурной организации
крупномасштабного поля на длительных интервалах времени, доказывает фундаментальность этих циклов. Основной механизм перестроек структуры поля в циклах связан с зонально-секторными переходами. Такие структурные перестройки могут быть следствием существования Глобальных Инерционных Волн на Солнце. Наблюдательные эксперименты подтверждают их существование. В этом случае, источником фундаментального цикла фонового магнитного поля может быть магнитное поле некоторого внутреннего источника,
отождествляемого нами с ядром Солнца. Магнитное поле ядра может быть постоянным или почти постоянным во времени. Наблюдаемый 22-х летний цикл глобального магнитного поля определяется квазистационарным полем скорости плазмы ядра, в котором происходит возбуждение инерционных волн. Именно
глобальные инерционные волны могут быть причиной 22-х летней цикличности магнитного поля, вследствие кругового вращения, с этим периодом, вектора магнитной индукции, переносимого волной как возмущенную компоненту магнитного поля ядра. Описанная картина объединяет непротиворечивым образом основные результаты исследований, представленные в данной диссертации.
ПРЕДИСЛОВИЕ.
Открытие солнечного магнетизма [1], [2], [3] со временем сделало очевидным факт, что магнитное поле лежит в основе всех проявлений солнечной активности. Магнитное поле Солнца не стационарно, пространственно и структурно неоднородно. Имеются различия эволюционных и энергетических характеристик магнитных полей разных масштабов. В настоящее время различают четыре типа магнитных структур поля Солнца [4]:
1) крупномасштабные магнитные поля, локально низкоинтенсивные (магнитная индукция поля <1000 мкТ), характерный масштаб униполярных структур порядка радиуса Солнца (-1000 угловых секунд);
26
2) магнитные поля активных областей (А.О.), локализованные в солнечных пятнах, факелах и флоккулах - наиболее интенсивные поля ( до 0,4 Т) с характерными размерами примерно на порядок меньшими размеров крупномасштабных магнитных структур;
3) эфемерные активные области - их масштаб на порядок меньше размеров А.О., интенсивность поля сравнима;
4) внутрисупергрануляционные магнитные поля, состоящие из отдельных источников размером порядка угловой секунды ( -700 км) и интенсивностью на порядок меньшей полей в пятнах.
Несмотря на ясно выраженные случайные эффекты в эволюции солнечного магнитного поля, имеется взаимосвязь между крупномасштабным магнитным полем и полями А.О., обе эти компоненты поля Солнца изменяют полярность с периодом около 22-х лет. Масштабный фактор магнитного поля косвенно свидетельствует о глубине залегания его источников под поверхностью Солнца. Возможно, все типы магнитных полей между собой связаны, так что полное понимание магнитного цикла, вероятно, будет достигнуто, когда будут исследованы детальные тонкоструктурные процессы генерации магнитных полей. Однако на настоящем этапе исследований важно прежде всего накопить факты и построить теорию,