Pole magnetyczne słońca. Urządzenia śledzące Słońce Urządzenie mierzące pole magnetyczne Słońca.

Voyagery latają już od ponad 20 lat 33 letni . Teraz po wielu odkryciach dokonanych w Układzie Słonecznym. Urządzenia przekroczyły już heliosferyczną falę uderzeniową, przed nimi obszar heliopauzy (granica, wzdłuż której równoważy się ciśnienie wiatru słonecznego i ośrodka międzygwiazdowego).

Voyager 1 objął niewielką przewagę i obecnie jest ponad 17 miliardów km z ziemi ( 116 jednostki astronomiczne , te. 116 odległości Ziemi od Słońca), jego prędkość jest większa 60 000 kilometrów na godzinę , a sygnał z niego trafia na Ziemię około 14 godzin . Ale nawet z takiej odległości urządzenia przesyłają dane prowadzące do nowych odkryć.

Jedno z odkryć dotyczy słoneczne pole magnetyczne . Wymiary słonecznego pola magnetycznego są nieporównywalnie większe niż ziemskie i wykraczają daleko poza granice orbit planet. Wcześniej uważano, że na granicy Układu Słonecznego wszystko układa się w zwykły sposób: wielkość pola magnetycznego maleje, linie siły wyginają się i wracają do Słońca. Teraz okazuje się, że tak nie jest.

Pola magnetyczne na obrzeżach Układu Słonecznego są bardzo słabe, dlatego zgromadzenie wystarczającej ilości danych przesłanych przez oba Voyagery zajęło ponad 4 lata. Kiedy w końcu udostępniono dane i zbudowano odpowiednie modele, naukowcy byli niezwykle zaskoczeni. Okazało się że granica magnetyczna Układu Słonecznego to „piana” o gigantycznych rozmiarach . Każdy „pęcherzyk” w tej piance ma średnicę ok 1 a.u. (1 jednostka astronomiczna = 150 milionów km). Voyager spędza 3-4 miesiące przekraczając taką „bańkę”.

Przyczyną pojawienia się „bąbelków” magnetycznych jest obrót Słońca wokół własnej osi, w wyniku czego na granicy propagacji linie magnetyczne „splatają się” i ich ponowne połączenie. Efekt rekoneksji magnetycznej był znany astrofizykom już wcześniej - to właśnie ten efekt jest uważany za źródło energii dla rozbłysków słonecznych (patrz opis efektu w komentarzach), ale nigdy nie spodziewali się, że spotkają go na granicy Słońca system.

Linie pola magnetycznego Słońca są zorientowane w różnych kierunkach na różnych półkulach. Ponieważ Oś pola magnetycznego jest nachylona względem osi obrotu Słońca, jego pole magnetyczne wije się w formie złożonej spirali, podzielonej na sektory o różnej polaryzacji. Poza granicą fali uderzeniowej, wraz ze spadkiem prędkości wiatru słonecznego ( co powoduje nadmuchanie pola magnetycznego Słońca w ogromną bańkę heliosfery) odległości między jego heteropolarnymi „fałdami” gwałtownie się zmniejszają. W rezultacie linie pól magnetycznych zostają przerwane, ponownie połączone, a ze spirali wyrastają nowe sekcje pola – bąbelki magnetyczne.

W wyniku ponownego połączenia powstają pola magnetyczne oddzielone od „matki” pola magnetycznego Słońca. „Zapętlają się” w bąbelki, częściowo połączone ze sobą.

Jeśli rzeczywiście tak jest (a dane dotyczące pola magnetycznego przesyłane z Voyagerów logicznie pokrywają się dokładnie na tym zdjęciu), to granica pola magnetycznego Słońca, a co za tym idzie naszego Układu Słonecznego, nie przypomina zwykłej „linii brzegowej”, ale linii fal oddzielającej naszą „wyspę” od oceanu materii międzygwiezdnej.

A ta nowa wiedza na temat krawędzi naszego Układu Słonecznego nie jest tak odległa od naszego codziennego życia, jak mogłoby się wydawać. Fakt jest taki Pole magnetyczne Słońca chroni Ziemię przed różnymi „posłańcami” innych gwiazd i galaktyk, tak jak pole magnetyczne Ziemi chroni nas przed Słońcem. A wśród tych „posłańców” mogą znajdować się bardzo niebezpieczne dla życia na Ziemi – np. cząstki o wysokiej energii, przyspieszany przez eksplozje supernowych i/lub przechodzący w pobliżu czarnych dziur...

Naukowcy stoją obecnie przed zadaniem określenia - czy taka granica słonecznego pola magnetycznego jest skuteczniejszą ochroną niż zwykła? ? Czy naładowane cząstki lecące w naszą stronę spoza Układu Słonecznego w bańkach magnetycznych zwalniają, czy wręcz przeciwnie, jeszcze silniej przyspieszają? A może pianka magnetyczna jest tak słaba i ma w sobie tyle „dziur”, że praktycznie nie ma wpływu na promieniowanie kosmiczne?

I bardziej abstrakcyjne, ale nie mniej interesujące pytanie - jeśli granica Układu Słonecznego jest tak „skomplikowana”, to w jakim stopniu my, będąc wewnątrz, są w stanie zobaczyć, co tam jest poza naszego Układu Słonecznego (oczywiście mówimy przede wszystkim o elektromagnetycznym obrazie świata)?..

Film stworzony przez NASA pomoże Państwu wyobrazić sobie historię odkrycia pianki magnetycznej:

PRZECZYTAJ TAKŻE:

Obecność wspólnego dipolowego pola magnetycznego na Słońcu (a także na planetach) jest faktem potwierdzonym. Wiadomo również, że zmienia się zarówno pod względem intensywności, jak i kierunku. Zmiany te są zsynchronizowane ze zmianami aktywności Słońca, charakteryzującymi się liczbą plam słonecznych na widzialnej powierzchni Słońca, ale przesuniętymi w fazie o 90°. Zmiana polaryzacji jego całkowitego pola magnetycznego, rejestrowana na jego biegunach, gdy natężenie wynosi 0, następuje w okresach maksymalnej aktywności słonecznej, a jego maksymalne natężenie - około 1 Gaussa - rejestruje się w okresach minimalnej aktywności słonecznej. Istnienie tej zależności nie ulega wątpliwości ze względu na jej oczywistość, natomiast jej fizyczna istota nie jest jasna. Jak pisze amerykański astrofizyk E. Gibson w swojej książce „The Calm Sun”: „Ze względu na zdradziecką złożoność obrazu fizycznego trudno jest odróżnić przyczyny od skutków... Ogólne pole magnetyczne Słońca nie ma dobrze określonej (stałej) osi i nie jest symetryczny. Nie możemy zatem zakładać, że tworzy go jakiś dipol znajdujący się w Słońcu.” Opinia ta ma podstawy, ponieważ często zdarzały się przypadki, gdy w ciągu całego roku na obu heliograficznych biegunach Słońca rejestrowano jednocześnie obecność tylko południowych lub tylko północnych biegunów magnetycznych jego ogólnego pola magnetycznego . Opierając się na wyjaśnionym mechanizmie różnicowej rotacji Słońca, który opiera się na upadku ciał kosmicznych na Słońce, pozwala poznać naturę jego ogólnego pola magnetycznego. Za argument należy uznać wyjaśnienie fizycznej istoty związku pomiędzy ogólnym polem magnetycznym Słońca a jego aktywnością poprzez pojawienie się różnicowego charakteru jego rotacji. Słynny angielski fizyk Ampere argumentował, że ziemskie pole magnetyczne powstaje w wyniku przepływu prądu elektrycznego w objętości Ziemi wokół jej osi obrotu. Nadal nie wiadomo, czy tak jest i jak to się dzieje, biorąc pod uwagę fakt, że ziemskie pole magnetyczne zmienia się zarówno pod względem wielkości, jak i kierunku. Wróćmy teraz do pola magnetycznego Słońca, bazując na stwierdzeniu Ampere'a dotyczącym Ziemi. Obecność synchronizacji procesów aktywności Słońca, jego różniczkowej rotacji oraz charakteru zmian pola magnetycznego pozwala na stwierdzenie, co następuje. Prędkość kątowa widocznej powierzchni Słońca zmienia się wraz z częstotliwością zmian aktywności słonecznej. Zwiększa się, gdy kierunek ruchu spadających na nią dużych ciał kosmicznych pokrywa się z kierunkiem obrotu Słońca, a maleje, gdy ciała te spadają w kierunku jego obrotu. Takie zmiany prędkości kątowej nie zachodzą w całej objętości materii Słońca, lecz jedynie w tej jej części, która przylega do powierzchni widzialnej, gdzie oddziałuje materia spadających na nią ciał kosmicznych z tą częścią materii Słońca. pojawia się materia. Na tej podstawie można argumentować, że część materii słonecznej znajdująca się bliżej środka Słońca zachowuje niezmienioną prędkość kątową, ponieważ nie podlega wpływom zewnętrznym, bez których wartość jej pędu nie może się zmienić. W rezultacie część jego materii przylegająca do widocznej powierzchni Słońca, w tym chromosfera słoneczna znajdująca się powyżej, albo postępuje, albo pozostaje w tyle za resztą poruszającej się materii Słońca. Obecność silnego strumienia promieniowania słonecznego z jego objętości w kierunku powierzchni zewnętrznej prowadzi do przemieszczenia (pod wpływem promieniowania) części swobodnych elektronów w tym samym kierunku. Występowanie stałego przemieszczenia elektronów i jego wielkość (w stanie równowagi dynamicznej) wynikają z występowania siły kompensującej promieniowanie powstające podczas przemieszczania elektronów przez pole elektryczne. Nadmiar elektronów w zewnętrznym obszarze atmosfery słonecznej przy takim samym nadmiarze dodatnich ładunków elektrycznych w wewnętrznej części substancji słonecznej prowadzi do pojawienia się kołowego prądu elektrycznego w wyniku różnicy prędkości kątowych ich ruchu. Co więcej, w przypadku, gdy prędkość kątowa zewnętrznej części Słońca będzie większa niż prędkość kątowa jego wewnętrznej części, kierunek ruchu prądu elektrycznego będzie odpowiadał ruchowi elektronów, a w odwrotnym przypadku – ruch dodatnich ładunków elektrycznych. W związku z tym zmieni się również kierunek linii pola ogólnego pola magnetycznego Słońca wytwarzanego przez prąd elektryczny. Biorąc pod uwagę fakt, że liczba i całkowita masa ciał kosmicznych, które spadły w tym samym czasie (miesiąc, rok) na półkulę północną i południową, z reguły się nie pokrywają, stopień zróżnicowania ich rotacji jest różny. Przykładowo w ciągu 11 lat 21. cyklu aktywności słonecznej na półkulę północną spadło 1777 ciał kosmicznych, a na półkulę południową 1886, z których każde doprowadziło do pojawienia się jednej grupy plam słonecznych. Różnica w masie całkowitej i liczbie ciał kosmicznych spadających na obie półkule wynika z braku ściśle określonej (stałej) osi w ogólnym polu magnetycznym, jego asymetrii oraz możliwości jednoczesnego pojawienia się tego samego pola magnetycznego polaryzację na obu biegunach Słońca, ponieważ zasadniczo w każdej z jego półkul istnieje własne pole magnetyczne. Fakt zmiany polaryzacji ogólnego pola magnetycznego przy jego natężeniu przechodzącym przez 0 wynika z faktu, że w epoce maksymalnej aktywności Słońca bieżącego cyklu osiągana jest pełna kompensacja przyspieszania lub zwalniania prędkości kątowej obrotu zewnętrznej części atmosfery słonecznej, które zostały osiągnięte w poprzednim cyklu aktywności w wyniku odpowiedniego hamowania lub przyspieszenia jej obrotu w cyklu bieżącym. Prowadzi to do zauważonego na początku artykułu faktu, że synchronizacja zmian tych dwóch zjawisk przesuwa się o 90°. Tym samym potwierdziła się hipoteza Ampere’a o elektrycznej naturze ziemskiego pola magnetycznego w odniesieniu do pola magnetycznego Słońca. Istnieją wszelkie powody, aby uważać ten mechanizm za powszechny dla planet. Nie ulega wątpliwości, że na wszystkich czterech dużych planetach (Jowisz, Saturn, Uran, Neptun), których materia znajduje się w stanie gazowym i na powierzchni których, podobnie jak na Słońcu, padają ciała kosmiczne, powstają ich dipolowe pola magnetyczne w wyniku różnych prędkości kątowych wewnętrznej i zewnętrznej części ich substancji. Mechanizm powstawania dipolowego pola magnetycznego planet, z których większość znajduje się w stanie stałym - Mars, Ziemia, Wenus i Merkury - jest bardziej złożony. Ale nawet w nich fizyczna natura magnetyzmu jest elektryczna. Władimirow E.A. i Władimirow A.E.

Niezbędne informacje o Słońcu.Słońce to kula plazmy, centralne ciało naszego Układu Słonecznego i jedyna najbliższa gwiazda, którą widzimy nie jako punkt, ale jako dysk. Promień liniowy Słońca wynosiRC=695990 km. Masa Słońca wynosiM C=2 10 30 kg Temperatura w środku (rdzeniu) wynosi 15 milionów K. Gęstość rdzenia 1,6 · 10 5 kg. Choć jądra atomów są tu „upakowane” około 1000 razy gęściej niż w metalach, to wysoka temperatura utrzymuje substancję w stanie gazowym.

Według danych teoretycznych Słońce znajduje się obecnie w fazie ciągu głównego (na etapie przemiany jąder wodoru w jądra helu) od 4,6 10 9 lat i pozostanie na tym etapie przez mniej więcej tyle samo czasu, aż do wodór w rdzeniu jest wyczerpany. Wewnętrzną budowę Słońca pokazano na ryc. 1.

Zewnętrzna warstwa Słońca, z której emitowane jest promieniowanie optyczne, które otrzymujemy, fotosfera nagrzewa się do temperatury 6000 K. Gaz w fotosferze jest zjonizowany tylko w 0,1%, ale to wystarczy, aby przewodność elektryczna była wysoka. Powyżej i poniżej fotosfery gaz jest prawie całkowicie zjonizowany, więc przewodność jest jeszcze wyższa. Nad fotosferą znajduje się górna atmosfera Słońca. Dzieli się na dolną część - chromosferę o grubości kilku tysięcy km i temperaturze 6 10 3 - 10 4 K, środkowy, obszar przejściowy z ostrym przejściem temperatury od 10 4 do 10 6 K i koronę - bardzo rozszerzona atmosfera zewnętrzna, podgrzewana średnio do 2 milionów K i płynnie przechodząca w ośrodek międzyplanetarny. Bezpośrednio pod fotosferą znajduje się strefa konwekcyjna Słońca, w której energia z wnętrza jest przenoszona na zewnątrz głównie na drodze konwekcji. Konwekcja na Słońcu jest bardzo rozwinięta, przypomina gwałtowne wrzenie na gigantyczną skalę i objawia się w fotosferze w postaci granulek i supergranulacji. Poniżej strefy konwekcyjnej znajduje się najdłuższy obszar, strefa radiacyjnego przenoszenia energii, a poniżej niej znajduje się jądro Słońca. Średni okres rotacji naszej gwiazdy wynosi 27 ziemskich dni. Rotacja jest różnicowa.

Pola magnetyczne Słońca. Na Słońcu i na bardziej odległych ciałach niebieskich pola magnetyczne mierzone są jedynie pośrednio. Po raz pierwszy dokonał tego D. Hale w 1908 roku, który odkrył, że plamy słoneczne zawierają pola magnetyczne o natężeniu do 0,3 Tesli (3000 Gaussów). Jako pierwszy odkrył istnienie magnetyzmu poza Ziemią. Pola słabsze mierzy się za pomocą magnetografu wynalezionego przez G. Babcocka, który pozwala zmierzyć podłużną (wzdłuż linii wzroku) składową indukcji pola magnetycznego, równą w przybliżeniu 10 -4 T (1 G) i nawet mniejszą. Długoterminowe obserwacje wykazały, że silne pola magnetyczne występują jedynie w tzw. aktywnych obszarach Słońca – w plamach słonecznych, gdzie indukcja magnetyczna jest rzędu dziesiątych części Tesli (tysięcy Gaussów). Gdzie indziej typowe są pola 0,1 – 0,2 mT (1 – 2 G). W obszarach okołobiegunowych pole magnetyczne ma strukturę zbliżoną do dipola z biegunami magnetycznymi w przybliżeniu pokrywającymi się z osią obrotu. W umiarkowanych szerokościach geograficznych Słońca (| φ |<=50 о) преобладают биполярные (двуполярные) области, вытянутые вдоль экватора и униполярные (однополярные) области. Cechą charakterystyczną słonecznych pól magnetycznych okazało się, że zmiany ich polaryzacji mają 11-letnią okresowość. Zatem pełny cykl inwersji słonecznych pól magnetycznych (zwany dalej MFC) trwa około 22-23 lat. Najbardziej uderzającym przejawem obserwacyjnym 11-letniego cyklu są okresowe zmiany liczby aktywnych obszarów (plam) na Słońcu. Nowy cykl aktywności Słońca rozpoczyna się od tego, że w okresie minimalnej liczby plam słonecznych na szerokościach heliograficznych ±30 o pojawiają się obszary aktywne. Ponadto w miarę postępu cyklu średnia szerokość plam słonecznych zmniejsza się do zera. Powstały diagram rozmieszczenia plam słonecznych według szerokości geograficznej w funkcji czasu przypomina motyle. Maunder często nazywa je „motylami”, od nazwiska naukowca, który jako pierwszy skonstruował taki związek (ryc. 2).

Wygląd zewnętrznych części korony słonecznej silnie zależy od fazy aktywności słonecznej. W okresach minimalnej aktywności słonecznej korona ma „wygładzony” symetryczny wygląd (ryc. 3), a w okresach maksymalnej – bardziej złożony, „rozczochrany” wygląd.

Na początku XX wieku badacze słońca wprowadzili koncepcję aktywnych długości geograficznych. Mówimy o istnieniu odrębnych przedziałów podłużnych 30–40 o, które wykazują zwiększoną aktywność podczas kilku (od 1 do kilku) 11-letnich cykli słonecznych. Możliwe było również ustalenie, że te aktywne długości geograficzne nie są powiązane z różnicową rotacją Słońca.

Przez około 70 lat (od 1645 do 1715 roku) plam słonecznych praktycznie nie było. Zjawisko to nazywa się minimum Maundera. Metodą radiowęglową udało się ustalić, że podobne minima o większej lub mniejszej głębokości i czasie trwania występowały wcześniej co kilka stuleci. Jednak pomimo braku plam słonecznych, 11-letnie okresy magnetyzmu słonecznego nadal się ujawniały.

Od czasu odkrycia MPS zaproponowano szereg hipotetycznych modeli generowania tych pól. Modele te można z grubsza podzielić na trzy typy hipotez. Typ 1: te, które sugerują przyczyny aktywności słonecznej poza nią

Słońce; Typ drugi: te, które sugerują przyczyny aktywności słonecznej w samym Słońcu, a typ trzeci są pośrednie. Ostatnim słowem w modelach hipotetycznych jest to, co jej zwolennicy nazywają „teorią dominującego dynama”, która opiera się na wzmocnieniu znikomego pola magnetycznego przez asymetryczne przepływy (wiry) ośrodka przewodzącego prąd elektryczny. Dla pełnej przejrzystości podaję cytat z wyjaśniającego w uproszczonej formie procesy zachodzące na dynamo: „nie każdy rodzaj ruchu ośrodka przewodzącego prąd elektryczny może prowadzić do wzrostu pola magnetycznego. Jak wykazały specjalne badania, żadne ruchy symetryczne, zredukowane do dwuwymiarowych lub centralnie symetrycznych, osiowo symetrycznych lub lustrzanie symetrycznych, nie mogą prowadzić do stabilnego wzrostu pola i ostatecznie spowodować jego rozproszenie (zanik). Rodzaj ruchów, które mogą prowadzić do wzmocnienia pola, pokazano schematycznie na ryc. 4. Wyobraźmy sobie pierwotną tubę magnetyczną (substancję z zamrożonym w niej polem) w postaci torusa (1). Jeżeli ruchy materii są takie, że rozciągając torus, skręcają go w „ósemkę” (2), a następnie składają tę „ósemkę” w dwa pierścienie (3), tak że w rezultacie powstaje torus takie same wymiary jak na początku, wówczas natężenie pola będzie dwukrotnie większe niż w sytuacji wyjściowej (1), przy zachowaniu geometrii pola.” Jednak w tym gąszczu zdarzeń losowych trudno sobie wyobrazić, że tego typu ruch pójdzie dokładnie w dobrym kierunku.

Istota proponowanego modelu MPS. W pracy tej autor proponuje alternatywny model teoretyczny mający na celu opis generacji i inwersyjno-cyklicznego rozwoju MPS. Model ten, będąc uniwersalnym, logicznie wpisuje się w istniejące dane i fakty dotyczące magnetyzmu słonecznego i nie wymaga specjalnych warunków do jego realizacji. Niezbędnymi warunkami są obecność obrotu ciała niebieskiego wokół własnej osi, istnienie warstw przewodzących w jego grubości oraz zarodkowe (zewnętrzne lub wewnętrzne) pole magnetyczne.

Jeżeli przewodząca kula (Słońce) obraca się wokół własnej osi w polu magnetycznym (polu pierwotnym) mającym składową wektora indukcji B o skierowany wzdłuż osi obrotu z południa na północ (ryc. 5, a), to dla każdego ładunku (elektron, proton, jon) znajdującego się w nim i obracającego się wraz z nim, z prędkością liniową

w = ω · R

siła Lorentza działa na stronę pola magnetycznego nasion

F = Q · w · B o · grzech α

Gdzie ω – prędkość kątowa obrotu, R – odległość od osi obrotu do ładunku Q . Narożnik α = 90°, ponieważ wektory w I B prostopadle. Stosując odpowiednią regułę (lewej ręki) łatwo sprawdzić, że siła ta oddziela ładunki swobodne, ujemne od osi obrotu, a dodatnie od zewnętrznej krawędzi obracającej się kuli. W wyniku długotrwałego działania tych sił na swobodne ładunki w obracającym się ciele powstają dwa pierścieniowe obszary w postaci wydrążonych koncentrycznych cylindrów, posiadających nieskompensowane przeciwne ładunki, ujemne Q– (pierścień wewnętrzny) w pobliżu osi obrotu i dodatni Q+ (pierścień zewnętrzny) krawędzie kuli (ciała niebieskiego) najdalej od osi obrotu (ryc. 5, a). Obszary te mają całkowite nieskompensowane ładunki przeciwnego znaku, równe pod względem wielkości

| Q + | = | Q – | .

Kiedy ciało niebieskie obraca się wokół własnej osi, obszary te, obracając się wraz z nim, tworzą koncentryczne prądy pierścieniowe w przeciwnym kierunku ( I + – z zachodu na wschód i I – – ze wschodu na zachód).

I + = Q + / T; I – = Q – / T,

Gdzie T– okres rotacji. Te prądy pierścieniowe będą tworzyć własne pola magnetyczne z wektorami indukcyjnymi B+ i B- odpowiednio. Po ustaleniu kierunków prądów pierścieniowych i ich pól (reguła świdra) łatwo sprawdzić, że kierunki wektorów B + , B- I B o w odstępie pomiędzy prądami pierścieniowymi ja+ I I - pokrywają się i wzajemnie wzmacniają, dlatego przyczyniają się do dalszego rozdzielenia ładunków i wzrostu magnetycznych sił odpychania (prawo Ampera) pomiędzy tymi prądami pierścieniowymi o przeciwnym kierunku. Należy pamiętać, że wraz z polem magnetycznym powstanie również pole elektryczne, które przeciwdziała separacji ładunków. Jednakże to pole elektryczne będzie prawie całkowicie osłonięte przez wysoce przewodzącą substancję plazmy słonecznej oddzielającą obszary pierścieniowe. Zatem mechanizm ten pozostaje „realny” nawet w przypadku braku pola nasiennego B o. W tym przypadku wartość wektora indukcji B własne pole magnetyczne wirującego ciała niebieskiego (kuli) w każdym punkcie przestrzeni na zewnątrz i wewnątrz kuli jest określone przez superpozycję wektorów B+ i B– . W przyszłości głównym warunkiem koniecznym istnienia i rozwoju własnego pola magnetycznego ciała niebieskiego stanie się jedynie obecność jego obrotu wokół własnej osi.

Przeanalizujmy istnienie i dalszy rozwój tego modelu generacji pola magnetycznego w odniesieniu do warunków słonecznych. Mamy więc dwa prądy pierścieniowe I + I I – w przewodzącej plazmie Słońca (ryc. 5, a). W miarę gromadzenia się ładunków wzrastają siły odpychania magnetycznego między prądami pierścieniowymi (prawo Ampera), a także siły odpychania elektrycznego między pobliskimi ładunkami o tej samej nazwie wewnątrz każdego pierścienia (tendencja nieskompensowanego ładunku w kierunku powierzchni ośrodka przewodzącego ). Wynikające z tego działanie tych sił przez długi okres czasu doprowadzi do wzrostu średnic obu obszarów pierścieniowych i stopniowego wchodzenia w zewnętrzny obszar pierścieniowy Q+ w strefie konwekcyjnej, gdzie jej północne i południowe krańce zaczną niszczyć procesy konwekcyjne. Jednocześnie wewnątrz wystarczająco powiększonej wnęki pierścienia wewnętrznego Q– pod wpływem tej samej siły Lorentza zacznie się wyłaniać nowy (zarodkowy) obszar pierścieniowy z dodatnim, nieskompensowanym ładunkiem Q+ wokół osi obrotu Słońca, tj. rodzi się nowy prąd pierścieniowy J + (ryc. 5, b). Należy pamiętać, że źródłem tego prądu pierścieniowego jest początek inwersji MBL w przyszłości.

Liczba ładunków w tym pierścieniu zarodkowania Q+ stopniowo rośnie, zyskując siłę i zwiększając średnicę. Wzrost liczby opłat w tym obszarze Q+ towarzyszy jednoczesne ich zmniejszenie w regionie zewnętrznym Q+ z powodu

straty spowodowane ich zniszczeniem w procesach konwekcyjnych. W tym okresie saldo opłat słonecznych jest na ogół utrzymywane i wyrażane jako

| Q – | = ‌| Q + | + | Q + ‌| .

Zatem w tym okresie w kuli słonecznej powstają trzy koncentryczne prądy pierścieniowe I + , I – I J + , które wytwarzają pola magnetyczne o wektorach indukcyjnych B + , B- I B+ odpowiednio. Wraz z dalszym rozwojem MPS rozszerzanie się pierścieni doprowadzi do stopniowego wchodzenia pierścienia zewnętrznego Q+ najpierw w strefie konwekcyjnej, następnie (poprzez proces powstawania plam) i przez fotosferę do zewnętrznej krawędzi aktywnie wirującej części atmosfery słonecznej, aż do jej całkowitego zniszczenia przez procesy konwekcyjne i inne procesy Słońca (ryc. 5) , płyta CD). Do tego czasu obszar pierścieniowy Q+ stanie się pełnoprawnym prądem pierścieniowym, a liczba w nim ładunków osiągnie poziom liczby ładunków w pierścieniu Q- tj.,

| Q – | = | Q + | .

To kończy pierwszą 11-letnią część cyklu inwersji głównego (dipolowego) pola Słońca, co stanowi połowę jednego pełnego 22-letniego cyklu (ryc. 5, e). Scenariusz dalszego ciągłego, inwersyjno-cyklicznego rozwoju MPS musiał już stać się jasny dla czytelnika. Towarzyszy temu rozszerzanie się pierścieni Q- I Q + , utworzenie nowego pierścienia zarodkowego Q – wokół osi Słońca z ujemnym, nieskompensowanym ładunkiem (ryc. 5, e) i dalszym cyklicznym powtarzaniem procesu. Jednym słowem przebieg tego procesu jest w zasadzie podobny do inwersyjnego cyklicznego rozwoju pola magnetycznego Ziemi, z uwzględnieniem poprawek na różnice w budowie wewnętrznej i innych parametrach Słońca i jego atmosfery. Matematyczne wsparcie dla tego modelu MPS jest również podobne do tego na Ziemi, które jest szczegółowo podane w, a zatem nie jest tutaj podane. Oto krótki opis modelu głównego pola magnetycznego Słońca (czasami nazywanego dipolem lub poloidem), które charakteryzuje się ciągłym inwersyjno-cyklicznym rozwojem. Oprócz tego głównego pola magnetycznego na Słońcu obserwuje się wspomniane powyżej pola magnetyczne plam słonecznych, mechanizm ich występowania omówiono w następnym akapicie.

Powstawanie plam słonecznych. Każdy model poświęcony wyjaśnieniu MBL musi zawierać opis procesu powstawania plam słonecznych (zwanych dalej plamami słonecznymi). Aby to zrobić, przejdźmy do dobrze znanych procesów zachodzących w atmosferze ziemskiej - wirów (cyklony, tajfuny, tornada, tornada). Porównanie parametrów atmosfery ziemskiej z parametrami atmosfery słonecznej, w tym strefy konwekcyjnej (moc pionowa, wysoka temperatura, wrzące wrzenie), daje pełną pewność, że w atmosferze słonecznej występują wiry (nazwijmy je tornadami słonecznymi) o masie gigantyczne rozmiary i odpowiadająca parametrom atmosfery słonecznej moc to zjawiska, które występują często. W okresach, gdy tornada słoneczne obejmują części obszarów pierścieniowych z nieskompensowanymi ładunkami (ryc. 5, b – f), bardzo silna rotacja nieskompensowanego ładunku w tornadzie wytwarza silne pola magnetyczne (oprócz głównego pola dipolowego) . Proces ten obserwuje się w fotosferze słonecznej w postaci plam. Autor przypisuje ciemną barwę plam nie spadkowi temperatury jak w , ale brakowi możliwości rekombinacji (ładunków) jonów na skutek bardzo silnego rozdzielenia ładunków w wyniku szybkiego obrotu plazmy w silnym polu magnetycznym pole (siła Lorentza). Autor jest także zdania, że ​​pola magnetyczne w plamach słonecznych są polami lokalnymi i wirtualnymi (tymczasowymi). Pola te są jedynie pośrednio powiązane z głównym inwersyjnie - cyklicznie rozwijającym się (dipolowym) polem magnetycznym Słońca. Pojawiają się, gdy obszar pierścienia o nieskompensowanym ładunku połączy się z odpowiadającym mu tornadem słonecznym, które „połknęło” kawałek tego obszaru pierścienia, zatem nie są spowodowane ogólnie przyjętymi rurami magnetycznymi zamarzniętego pola toroidalnego, tj. w ogóle nie istnieje pole toroidalne. Ważne jest, aby zrozumieć, że nie wszystkie tornada mogą tworzyć plamy, ale tylko te, które „połknęły” kawałek nieskompensowanego ładunku z obszaru pierścienia. Wszystkie zjawiska towarzyszące wokół plamy słonecznej są związane z procesami rozwoju i wymierania odpowiedniego tornada w rzeczywistych warunkach wysokich temperatur, szybkich ruchów i kipiącego wrzenia. O tym, czy drugi koniec (ogon) tornada dotknie, czy nie (pozostanie poniżej lub powyżej) fotosfery, decydują oczywiście odpowiednie procesy zachodzące w atmosferze słonecznej. Z drugiej strony wiry słoneczne mogą mieć charakter wznoszący się (począwszy od strefy konwekcyjnej) lub opadający (począwszy od chromosfery). Stwarza to dodatkowe trudności w wyjaśnieniu obserwowanych procesów. Plamy można obserwować w grupach, ponieważ w pobliżu głównego dużego tornada często tworzą się mniejsze wiry wtórne. Aby lepiej zrozumieć te procesy, powinniśmy głębiej zbadać wiry ziemskie (cyklony, tajfuny, tornada, tornada), które są dla nas bardziej dostępne. Muszą podlegać tym samym prawom natury. Wiadomo, że kierunek obrotu dużych wirów ziemskich na różnych półkulach Ziemi jest inny. Na półkuli północnej, patrząc z góry, jest przeciwnie do ruchu wskazówek zegara, a na półkuli południowej – zgodnie z ruchem wskazówek zegara. To prawo natury dotyczy również wirów słonecznych. To położenie wyjaśnia fakt, że pola magnetyczne wiodących plam słonecznych na północnej i południowej półkuli Słońca mają przeciwne kierunki. To także, poprzez zrozumienie procesów zachodzących w plamach słonecznych, pozwala dojść do bardzo ważnego, odwrotnego wniosku, że kierunek rotacji wirów (być może proces powstawania wirów) jest zdeterminowany przez główne pole magnetyczne ciała niebieskiego.

Diagram motyla Maundera. Minęło ponad sto lat od czasu, gdy po raz pierwszy uzyskano takie diagramy, ale charakter tych okresowych diagramów motylkowych do dziś pozostaje tajemnicą. Jeśli jednak spojrzeć na procesy z punktu widzenia modelu zaproponowanego przez autora, to wyjaśnienia tych diagramów „przychodzą” same (ryc. 5). Przecież plamy mogą tworzyć się tylko w tych pasach, gdzie rozszerzający się obszar pierścieniowy styka się z nieskompensowanym ładunkiem w postaci wydrążonego cylindra ze strefą konwekcyjną. W procesie ekspansji obszarów pierścieniowych z biegiem czasu po obu stronach równika szerokości geograficzne tych pasów maleją. Cykl kończy się, gdy strefa konwekcyjna całkowicie rozdrobni rozszerzający się obszar pierścienia nieskompensowanym ładunkiem (patrz ryc. 5, łącząc się pionowo z ryc. 6), a szerokości geograficzne tych pasów osiągną zero. Do tego czasu powiększający się obszar pierścienia z przeciwnym, nieskompensowanym ładunkiem zdążył już zbliżyć się do strefy konwekcyjnej ze stron wyższych szerokości geograficznych (ryc. 5, e) i proces powtarza się w następnym 11-letnim cyklu plam słonecznych .

Aktywne długości geograficzne. Powyższy opis proponowanego modelu przeprowadzono dla idealnego przypadku procesów słonecznych, w którym obszary pierścieni z nieskompensowanymi ładunkami są symetrycznymi, pustymi w środku cylindrycznymi powierzchniami o regularnym kształcie. Jednak w rzeczywistym procesie te obszary pierścieni są dalekie od ideału (szare pierścienie 2, 3 na ryc. 7). Zjawiska długości aktywnych spowodowane są asymetrią i nierówną grubością obszaru pierścienia zewnętrznego z nieskompensowanym ładunkiem, którego wady zostaną przejęte („odziedziczone” przez pole magnetyczne) przez nowo utworzone obszary pierścienia wewnętrznego. Zatem pierwotne przyczyny tych nieprawidłowości znajdują się w wewnętrznych obszarach zarodkowania pierścienia (ryc. 5), a zatem nie są związane z rotacją różnicową. Co więcej, długości geograficzne pokrywają się z szerokością obszary pierścienia zewnętrznego (zaznaczone kółkami na ryc. 7) powinny wykazywać wyższą aktywność niż pozostałe obszary. Z powyższego wynika, że ​​aktywne długości geograficzne objawiają się w kilku 11-letnich cyklach, ponieważ ich pierwotne przyczyny są „dziedziczone” i zlokalizowane są w strefach przyosiowych Słońca, skąd powstają obszary pierścieni z nieskompensowanymi ładunkami.

Minimalna aktywność słoneczna. Słoneczny „klimat”, podobnie jak ziemski, najwyraźniej może czasami być surowy (aktywny) lub spokojny (bez tornad). Jeśli zatem nie ma dużych tornad słonecznych, nie ma też plam słonecznych, ponieważ... w procesie powstawania plam konieczne jest połączenie tornada z częścią obszaru pierścieniowego z nieskompensowanym ładunkiem. W okresach minimalnej aktywności słonecznej brak dużych tornad nie oznacza absolutnego spokoju, ponieważ... W tych okresach niszczycielami obszarów pierścieni są wrzący prąd konwekcyjny i stosunkowo małe wiry (nieobserwowalne z Ziemi), które wytwarzają pola magnetyczne o sile od dziesiątek do setek Gaussów. W tych okresach względnego spokoju wszystkie inne procesy, z wyjątkiem tornad (głównego inwersyjnego cyklicznego (dipolowego) pola magnetycznego Słońca i jego 11- i 22-letnich cykli) przebiegają bez żadnych specjalnych cech.

wnioski. Głównym celem tej pracy jest poinformowanie czołowych ekspertów w dziedzinie astrofizyki i innych czytelników o zaproponowanym przez autora modelu wytwarzania i ciągłego inwersyjno-cyklicznego rozwoju słonecznych pól magnetycznych, co pretenduje do miana odkrycia naukowego. Ten punkt widzenia opiera się na podstawowych prawach elektrodynamiki i według autora opiera się na nowym zjawisku (efektu) - wytwarzaniu własnego pola magnetycznego przez ciała przewodzące obracające się wokół własnej osi w kierunku zewnętrznym lub własnym ( pierwotne) pole magnetyczne, powstałe w wyniku rozdzielenia ładunków pod wpływem sił Lorentza. Zjawisko to rzuca światło na wiele faktów związanych z magnetyzmem słonecznym, takich jak odwrócenie MBL, powstawanie plam słonecznych i diagramów „motyli”, aktywne długości geograficzne itp., które dotychczas uważano za tajemnicze. Ten punkt widzenia jest uniwersalny w opisie magnetyzmu planet i gwiazd.

Plamy słoneczne dostarczają nam najbardziej wizualnych przykładów niestacjonarnych procesów zachodzących na Słońcu. Przede wszystkim jest to ich szybki rozwój. Czasami wystarczą dwa, trzy dni, aby w „czystym” obszarze fotosfery rozwinęła się duża plamka lub duża grupa plam. Z reguły jednak ich rozwój jest wolniejszy i w dużych grupach osiąga maksimum po 2-3 tygodniach. Małe plamki i grupy pojawiają się i znikają w ciągu tygodnia, natomiast duże utrzymują się przez kilka miesięcy. Wiadomo, że jedno miejsce istniało od 1,5 roku. Kiedy pojawia się plamka, gdy jej półcień jest jeszcze mały, widoczna jest w niej ta sama granulacja fotosferyczna (Gansky, Thiessen), która w miarę dalszego rozwoju przyjmuje wygląd włóknisty; włókna są znacznie trwalsze niż granulki. Kiedy do krawędzi Słońca zbliża się okrągła plamka o regularnym kształcie, jest ona przez nas obserwowana w rzucie, a jej średnica w kierunku promienia dysku słonecznego znacznie się zmniejsza (proporcjonalnie; patrz rys. 8). W tym przypadku często obserwuje się tzw. efekt Wilsona, który polega na tym, że półcień plamki po stronie krawędzi krążka jest wyraźnie widoczny, natomiast po stronie zwróconej do środka krążka jest on jest znacznie zmniejszona. Zjawisko to pozwala na geometryczne porównanie plamy słonecznej do gigantycznej depresji o stożkowo zwężających się ścianach. Ale nie wszystkie spoty to ujawniają.

Zazwyczaj grupa plam słonecznych rozciąga się wzdłuż długości geograficznej heliograficznej (w wyjątkowych przypadkach - do 20° i więcej). W tym przypadku grupa często zawiera dwie największe plamy słoneczne z oddzielnymi półcieniami, które mają nieco inne ruchy na powierzchni Słońca. Punkt wschodni nazywany jest wiodącym, zachodni – kolejnym. Często tę tendencję do tworzenia się w parach obserwuje się także w pojedynczych plamkach, które nie tworzą grup z dużą liczbą małych plamek satelitarnych.

Ryż. 38. Struktura wirowa plam w grupie dwubiegunowej. Kierunki wirów są przeciwne. (Spektrogram w promieniach Na)

Obserwacje prędkości radialnych wzdłuż różnych linii widmowych w różnych miejscach plamy i pod różnymi kątami do niej wskazują na obecność silnych (do 3 km/s) ruchów w półcieniu plamy - rozprzestrzenianie się materii w jej głębokich partiach i przepływ materii wewnątrz na dużych wysokościach. To ostatnie potwierdza struktura wirowa widoczna nad plamami na spektroheliogramach w promieniach. Kierunki tych wirów są przeciwne na południowej i północnej półkuli Słońca i wskazują w pojedynczych punktach napływ materii zgodnie z tym, jak powinna ją odchylać siła Coriolisa.

Zazwyczaj nie obserwuje się już systematycznych ruchów na zewnętrznej krawędzi półcienia.

Jak wspomniano powyżej, plamy słoneczne mają silne pola magnetyczne. Powszechne są natężenia 1000-2000 Oe, a w jednej grupie pod koniec lutego 1942 r. zmierzono natężenie 5100 Oe. Szczegółowe badania rozkładu kierunku i siły pola magnetycznego wewnątrz plamki wykazały, że w centrum plamki linie pola magnetycznego przebiegają wzdłuż osi plamki (w górę lub w dół), a w miarę przesuwania się w stronę obrzeża plamki coraz bardziej odbiegają od normalnej do powierzchni, prawie do 90° na krawędzi plamki półcień. W tym przypadku natężenie pola magnetycznego spada od maksimum do prawie zera.

Ryż. 39. Zmiany średniej szerokości geograficznej i polaryzacji magnetycznej plam słonecznych w kolejnych cyklach aktywności słonecznej

Im większa plamka, tym z reguły silniejsze jest jej pole magnetyczne, ale gdy duża plamka, osiągając swój maksymalny rozmiar, zaczyna się zmniejszać, siła jej pola magnetycznego pozostaje niezmieniona, a całkowity strumień magnetyczny maleje proporcjonalnie do obszar spotu. Można to interpretować tak, jakby plama przyczyniała się jedynie do usunięcia pola magnetycznego, które istniało od dawna pod powierzchnią. Potwierdza to również fakt, że często pole magnetyczne nie zanika po zniknięciu plamki, ale nadal tam istnieje i ponownie się nasila, gdy plamka pojawia się ponownie w tym samym obszarze. Obecność trwałych pól rozbłysków sugeruje, że w tych miejscach istnieją stabilne obszary aktywne.

W grupach składających się z dwóch dużych plam plamy wiodąca i następująca mają przeciwną polaryzację magnetyczną (ryc. 38 i 39), co uzasadnia nazwę takich grup – dwubiegunowymi, w przeciwieństwie do grup jednobiegunowych zawierających pojedyncze plamki. Istnieją złożone grupy, w których plamy jednej i drugiej polaryzacji są losowo mieszane. W każdym cyklu aktywności słonecznej bieguny wiodących i kolejnych plam słonecznych na półkuli północnej i południowej są przeciwne.

Zatem jeśli na północnej półkuli Słońca polaryzacja punktu wiodącego jest północna (N), a następnej południowa (S), to w tym samym czasie na półkuli południowej biegunowość punktu wiodącego to S, a następny to N. W przypadku tych rzadkich miejsc, które przecina równik, biegunowość północnej i południowej połowy jest przeciwna. Jednak wraz z końcem cyklu aktywności Słońca, kiedy mija jego minimum, na każdej półkuli rozkład polaryzacji magnetycznej w plamach grupy dwubiegunowej zmienia się na taki, jaki był w poprzednim cyklu na przeciwnej półkuli. Ten ważny fakt został ustalony przez Hale’a i jego współpracowników w 1913 roku.

Chociaż lokalne pola magnetyczne Słońca mogą być bardzo silne, jego ogólne pole magnetyczne jest bardzo słabe i ledwo wyróżnia się na tle lokalnych pól jedynie w latach minimalnych plam słonecznych. Co więcej, jest to zmienne. W latach 1953-1957 jego natężenie odpowiadało dipolowi o indukcji 1 G, znak był przeciwny do znaku ziemskiego pola magnetycznego, a oś dipola pokrywała się z osią obrotu. W 1957 r. znak pola zmienił się na przeciwny w południowych obszarach polarnych Słońca, a pod koniec 1958 r. - w północnych. Ostatnią zmianę znaku pola zaobserwowano w latach 1970-1971.

Zmiana polaryzacji magnetycznej plam słonecznych wraz z końcem cyklu aktywności słonecznej nie jest jedyną oznaką końca cyklu. Plamy słoneczne rzadko powstają daleko od równika. Ich preferowana strefa leży w obrębie szerokości heliograficznych od 1-2° do 30° na obu półkulach. Na samym równiku plamy są rzadkie, a także na szerokościach geograficznych powyżej 30°. Ale ten obraz ma tę specyfikę, że zmienia się w czasie: pierwsze plamy nowego cyklu (po wyobrażonym) pojawiają się daleko od równika (na przykład plamka c została zarejestrowana 15 marca 1914 r., od maja 1943 r. i od października 1954 r. ), podczas gdy ostatnie plamy cyklu wychodzącego są nadal obserwowane w pobliżu równika. W okresie największego rozkwitu cyklu, w okolicach jego maksimum, plamy można spotkać na wszystkich szerokościach heliograficznych pomiędzy - 45° a +45° (znana jest grupa plam nawet na szerokości +50°, zaobserwowanej w czerwcu 1957 r. podczas maksimum aktywność słoneczna), ale głównie pomiędzy 5 a 20°. Zatem średnia szerokość heliograficzna plam stale maleje w miarę rozwoju 11-letniego cyklu aktywności słonecznej, a nowe plamy pojawiają się coraz bliżej równika (ryc. 39). Wzór ten został po raz pierwszy ustalony w 1858 roku przez Carringtona i czasami nazywany jest prawem Spörera (chociaż ten ostatni ustalił go 10 lat później).

Jeśli więc przez okres rozumiemy okres, w którym wszystkie właściwości zmieniają się i powracają do stanu pierwotnego, to prawdziwy okres aktywności Słońca wynosi nie 11 lat, ale 22 lata. Co ciekawe, pewne zmiany wysokości maksimum w cyklu również potwierdzają 22-letnią okresowość. Planowany jest także 80-letni cykl aktywności Słońca. Z pewnych wewnętrznych powodów aktywność słoneczna jest bardzo zróżnicowana, a charakterystyczny czas wynosi około stu lat.

I tak między 1645 a 1715 rokiem. na Słońcu prawie nie było plam, a grupa pojawiła się tylko raz. Jest to tak zwane minimum Maundera. Kolejne minimum, minimum Spörera, miało miejsce między 1410 a 1510 rokiem. Wręcz przeciwnie, średniowieczne maksimum przypadało na lata 1120–1280. był bardzo energiczny, podobny do tego, czego doświadczamy teraz. Opisanym wahaniom towarzyszyły wahania średniej rocznej temperatury w Anglii w granicach 1°C.

Polecamy przeczytać

USG i wykrywanie ciąży

Informacje o historii powstania LDPR Założyciel partii LDPR

Płeć dziecka

George W. Bush - biografia, informacje, życie osobiste George W. Bush, tajemnice biografii

magia

Urządzenia śledzące Słońce Urządzenie mierzące pole magnetyczne Słońca.

Ból w czasie ciąży

Życie pełnią życia - Jim Loehr, Tony Schwartz Jim Loehr życie pełnią

Zdrowie Kobiet

Kosmiczna przyszłość ludzkości

Opieka oka

Gail Forman – Byłem tutaj