Одним из главных принципов уникальной «системы Физтеха», заложенной в основу образования в МФТИ, является тщательный отбор одаренных и склонных к творческой работе представителей молодежи. Абитуриентами Физтеха становятся самые талантливые и высокообразованные выпускники школ всей России и десятков стран мира.

Студенческая жизнь в МФТИ насыщенна и разнообразна. Студенты активно совмещают учебную деятельность с занятиями спортом, участием в культурно-массовых мероприятиях, а также их организации. Администрация института всячески поддерживает инициативу и заботится о благополучии студентов. Так, ведется непрерывная работа по расширению студенческого городка и улучшению быта студентов.

Адрес e-mail:

Работа лауреата Конференции

Министерство образования Российской Федерации

Четвёртая международная научно-техническая конференция школьников

«Старт в науку»

 

СОЛНЕЧНАЯ АКТИВНОСТЬ

Подготовил Егоров Андрей Евгеньевич ,

9А класс, лицей № 2 г.Тулы.

Научный руководитель Кожинин Сергей Павлович

 

 

г.Долгопрудный, 2002 год

 

 

СОЛНЕЧНАЯ АКТИВНОСТЬ

            Целью данной работы является наблюдение за солнечной активностью в 2000-2001 году. Все наблюдения проводятся на 65-мм рефлекторе системы Ньютона ТАЛ «Алькор». Вообще, различают следующие основные виды солнечной активности: 1) пятнообразовательная деятельность Солнца, 2) факелы, 3) хромосферные вспышки. Также нередко наблюдаются крупные протуберанцы. Основной задачей явилось наблюдение за пятнообразованием.

            Пятнообразовательная деятельность Солнца характеризуется числом Вольфа, которое показывает примерное количество солнечных пятен на диске. Оно было  введено учёным Рудольфом Вольфом и рассчитывается по следующей формуле:

W = (10g + n)k,

где    W – число Вольфа,

          g – число групп пятен (предполагается в среднем, что одна группа содержит 10 пятен),

          n – число одиночных пятен.

При любительских наблюдениях коэффициент пропорциональности k не учитывается, он используется при проведении параллельных профессиональных наблюдений на разных инструментах.

            Пятна и их группы могут иметь самые разнообразные формы и размеры.  Пятно представляет собой неоднородное образование: чётко разделяются ядро и полутень.

            Механизм образования солнечных пятен следующий: в некоторой области солнечной фотосферы напряжённость магнитного поля резко возрастает, а ионизированная плазма, являясь хорошим проводником, не может передвигаться поперёк силовых магнитных линий. Таким образом конвекция в этой зоне тормозится и внешняя область остывает. Сначала зарождается пора, впоследствии вырастающая в крупное пятно или группу.

            Солнечное пятно является зоной выхода магнитного поля Солнца в атмосферу. Напряжённость магнитного поля в ядре пятен составляет 1000-4500 Э. В этом месте температура понижена примерно на 1000 К и яркость ниже по сравнению с остальной фотосферой. Энергия недр звезды выходит в атмосферу через эту область. Срок жизни пятен колеблется от нескольких дней до нескольких месяцев. При этом они эволюционируют, но положения в фотосфере не изменяют.

            Протуберанцы представляют собой потоки плазмы вдоль силовых линий магнитного поля. Они могут иметь самые разнообразные формы и размеры. Один из гигантских протуберанцев вытянулся до высоты в 500000 км!

            Факелы подобны пятнам, но в этих областях температура повышена, вследствие чего они наблюдаются как посветления на диске Солнца, но гораздо менее заметные. В них напряжённость магнитного поля составляет 5-300 Э. Факельные поля в большинстве случаев сопровождают пятна и их группы. На экране (куда спроецировано изображение Солнца) эти образования свободно заметны вблизи мощных групп пятен ближе к краю диска.

            Также солнечная активность характеризуется наличием активных областей, их масштабами и мощностью происходящих внутри них хромосферных вспышек. Активная область отождествляется с местом повышенной напряжённости магнитного поля. Нижнее основание активной области – это факелы и пятна, располагающиеся в фотосфере. Верхняя часть проявляется как хромосферный факел (называемый флоккулом), и в короне – как корональная конденсация, область короны, в которой плотность плазмы повышена в 3 раза и температура составляет примерно 1500000 К.

            Пятнообразовательная деятельность Солнца неодинакова с течением времени, а именно максимумы активности повторяются со средним периодом 11,1 года. Одиннадцатилетний цикл солнечной активности был впервые выявлен учёными Швабе и Вольфом в 1852 году. В самом начале одиннадцатилетнего цикла кол-во пятен на Солнце очень мало (в некоторые моменты их не наблюдается вообще). Магнитное поле Солнца, которое, кстати, в 5 раз сильнее земного, выглядит в это время следующим образом (рис. 1). Пятна в это время могут появляться только в средних широтах.

            Солнце имеет период вращения 27 суток. Но скорость вращения зависит от широты, причём быстрее всего вращаются экваториальные области. Магнитное поле сильно привязано к поверхности Солнца, вследствие чего магнитные силовые линии начинают спиралеобразно накручиваться на солнечную поверхность (рис. 2).         

            Вблизи максимума одиннадцатилетнего цикла солнечной активности пятна и их группы формируются в основном в полосе, заключённой между 20° с.ш. и 20° ю.ш. Вообще, широта групп пятен описывается законом Шпёрера, выявленному в 1894 году, который утверждает, что средняя широта групп пятен постепенно уменьшается от начала к концу одиннадцатилетнего цикла. А сетка силовых магнитных линий всё более усложняется с течением времени (рис. 3). После максимума пятна образовываются только вблизи экватора. В конце концов очень многослойная сетка силовых магнитных линий разрывается, цикл заканчивается. Вновь устанавливается картина распределения магнитного поля, представляющая собой две основные силовые линии, сходящихся у магнитных полюсов.

            Но 11-летний цикл не выполняется точно во временных рамках. Каждый цикл на небольшое значение (примерно 1 год) бывает дольше или короче 11 лет. Бывают уникальные исключения, такие как, например, «маундеровский минимум», заключающийся в том, что в течение периода с 1645 по 1715 годов на Солнце вообще не было пятен, что заметил учёный Уолтер Маундер. На «маундеровский минимум» пришёлся период самых холодных зим в Европе. Подобные «отпуска» Солнца имели место быть и в далёком прошлом.

            Также установлены более фундаментальные циклы солнечной активности, в частности 22-летний, начинающийся чётным 11-летним. Ведь при переходе от одного 11-летнего цикла к другому полярность пятен и их групп в обеих полушариях меняется на противоположную. Таким образом, в течение 22-летнего цикла магнитное поле проходит полный круг периодической эволюции. Зарегистрированы вековые и сверхвековые циклы, выявленные радиоуглеродным и другими биологическими и геологическими  методами. Солнечную активность в прошлом можно изучать по годовому приросту у больших деревьев. На ровном срезе у большого дерева видны годичные кольца, но их ширина неодинакова, она зависит от активности Солнца.

            В максимуме одиннадцатилетнего цикла Солнце сильно влияет на Землю, в особенности во время колоссальных выбросов энергии – хромосферных вспышек. Досконально природа этих явлений не описана, но общая модель утверждает следующий механизм образования: в процессе развития активной области в фотосфере иногда возникают ситуации, при которых плавно сближаются две группы пятен или два одиночных пятна с противоположными полярностями. В момент критического сближения происходит резкая переконфигурация силовых магнитных линий в этой области. Два противоположных по полярностям пятна взаимоуничтожаются, аннигилируют с выделением большого количества энергии. Резкое перераспределение силовых магнитных линий приводит к сильному ускорения заряженных частиц. Облако плазмы отрывается от солнечной фотосферы и рассеивается в космическом пространстве на некотором расстоянии от Солнца (преимущественно до орбиты Юпитера), образуя гелиосферу. В том числе её заполняет солнечный ветер: поток заряженных частиц от Солнца, но гораздо более слабый по сравнению с хромосферной вспышкой. Со стороны гелиосфера выглядит диском, немного закрученным по спирали вдоль силовых линий магнитного поля Солнца.

            В течение нескольких часов из активной области выделяется огромное кол-во энергии, а именно: во всех диапазонах волн электромагнитного спектра наблюдается сильное повышение мощности излучения, которое, кстати, достигает Земли примерно за 8 минут. Одновременно происходит колоссальный по мощности взрыв с выбросом огромной массы плазмы, состоящей из протонов, электронов, позитронов и других частиц. Выброшенная в космос плазма достигает Земли в течение нескольких суток. Сталкиваясь с земной магнитосферой, заряженные частицы вызывают магнитные бури на Земле. Возможны нарушения связи, радиовещания и т.п. Также заряженные частицы возбуждают молекулы воздуха в верхних слоях атмосферы, вследствие чего верхняя атмосфера начинает светиться, и в полярных районах наблюдается красивейшее явление – полярное сияние. В умеренных широтах эти явления наблюдаются редко, т.к. заряженные частицы притягиваются к магнитным полюсам Земли, расположенным недалеко от географических полюсов. В основном полярные сияния имеют зелёный и красный цвета (или их смесь и оттенки), поскольку основные составляющие молекулы атмосферы – азот и кислород – имеют линии в спектре, соответствующие именно этим цветам. Впервые из космоса полярное сияние сфотографировали астронавты в 1985 году.

            Для наблюдений солнечной активности 2001 год оказался особо интересен, поскольку он явился годом максимума 23-его одиннадцатилетнего цикла активности. Многие источники утверждали о том, что максимум цикла придётся на 2000 год, но это предположение оказалось неверным. Графики солнечной активности, составленные по собственным наблюдениям в 2000 и 2001 годах, показывают следующие результаты:

1)      среднее число Вольфа в 2000 году 47, в 2001 – 64;

2)      Солнце активнее (по числу Вольфа) в 1,4 раза в 2001 году;

3)      максимальное зарегистрированное число Вольфа в 2000 году 76, минимальное – 16 (амплитуда колебаний – 60 единиц), в 2001 году максимум – 115 единиц, минимум – 21 (амплитуда колебаний – 94 единицы);

          В течение 2001 года солнечная активность преподносила много сюрпризов для наблюдателей. Было зарегистрировано 3 мощных вспышки активности, когда число Вольфа находилось на уровне вблизи 100 единиц. В один из таких всплесков, 31 марта, на Солнце наблюдалась колоссальное образование: система групп пятен, внутри которой насчитывалось до 4 групп (фото № 1). Она была видна невооружённым глазом через солнечный светофильтр. А в общем число Вольфа составило 104 единицы.

Тем же вечером погода стояла ясная, и я проводил обычные наблюдения, оглядывая северную часть неба. И вдруг, в 20ч27м по местному времени, северо-восточная часть неба под созвездиями Персея и Кассиопеи порозовела. Я понял, что стал свидетелем полярного сияния на широте 54°. Сначала оно имело форму пятна, структура однородная. В 20ч29м сияние достигло своего максимума. Под большим углом к горизонту вдоль силовой магнитной линии Земли вытянулся отчётливо видимый луч, слева и справа наблюдались два пятна. Вся картина имела розово-красный цвет, это светились возбуждённые молекулы кислорода. В этот момент форма – лучи, структура однородно-лучевая. В 20ч33м полярное сияние превратилось в пятно и медленно растворилось на фоне неба. За эти 6 минут видимости сияние сместилось на 3°-4° параллельно горизонту к западу. В итоге можно сказать, что поведение сияния тихое, яркость оценивается в 2 балла по шкале IBC (см. приложение 1).

            Таким образом, крупная система групп пятен породила мощнейшую хромосферную вспышку, поток заряженных частиц от которой имел огромную массу, сопоставимую с земной. В результате удаётся пронаблюдать полярное сияние на такой широте, что является огромной редкостью. Кстати, это наблюдение вместе с фото № 1 опубликовал журнал «Звездочёт» (04’2001) в качестве заметки в рубрике «Дневник наблюдателя».

            Кроме того, сильный всплеск активности наблюдался 27 сентября, когда число Вольфа оценивалось в 108 единиц (фото № 4). На фото № 2 и 3 представлены изображения не очень активного Солнца.

            В общем можно сказать, что наблюдения за солнечной активностью являются весьма интересным и перспективным занятием, особенно в периоды максимумов одиннадцатилетних циклов. В это время наше дневное светило может породить очень много неожиданностей.

            Из последних новостей можно сказать следующее: с начала 2002 года активность держится на невысоком уровне. После максимума цикла уже не наблюдается крупных образований и сильных всплесков, за редким исключением. Пятна и их группы образуются преимущественно вблизи экватора, но наблюдаются и исключения: 27 марта зарегистрировано пятно на 45° с.ш. Следовательно, закон Шпёрера не выполняется точно. Факелы заметны значительно реже. Число Вольфа в определённые даты принимало следующие значения:

28.01. – 62;

31.01. – 55;

28.02. – 60;

09.03. – 31;

17.03. – 55;

27.03. – 45.

            В сети Интернет также имеются ресурсы, относящиеся к профессиональным наблюдениям солнечной активности (см. приложение 2).

 

Список литературы.

1) Журнал «Звездочёт» (04’2001, 05’2000, 08’2001 и др.);

2) Энциклопедия «Астрономия» (изд. «Аванта+»);

3) Компьютерная программа «RedShift 3».

4) «Физика космоса» - маленькая энциклопедия.

Если вы заметили в тексте ошибку, выделите её и нажмите Ctrl+Enter.

© 2001-2016 Московский физико-технический институт
(государственный университет)

Техподдержка сайта

МФТИ в социальных сетях

soc-vk soc-fb soc-tw soc-li soc-li
Яндекс.Метрика