"Астрономия (базовый уровень)", Воронцов-Вельяминов Б.А., Страут Е.К.
Солнечная активность — изменения в магнитном поле и атмосфере Солнца, заметные по пятнам, вспышкам и выбросам вещества. Её изучают, чтобы понять процессы внутри звезды и оценить возможное воздействие на околоземное пространство. Активность меняется примерно с 11-летним периодом. Один из способов следить за этими изменениями — число Вольфа, которое учитывает и отдельные пятна, и их группы.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Солнечная активность — совокупность явлений, связанных с изменениями магнитного поля и процессов в атмосфере Солнца. К ней относят появление пятен, вспышек и других заметных проявлений. Это понятие помогает описывать, насколько сильно и каким образом меняется Солнце.
Солнечное пятно — сравнительно холодная и тёмная область фотосферы, где сильное магнитное поле подавляет перенос энергии. Фотосфера — видимый слой Солнца, от которого приходит большая часть наблюдаемого света. Пятно выделяется на её фоне, поэтому его удобно наблюдать и использовать для оценки активности.
Число Вольфа — показатель солнечной активности, рассчитываемый по числу пятен и групп пятен на видимом диске Солнца. Обычно его находят по формуле W = 10g + f, где g — число групп, а f — число отдельных пятен. Этот показатель позволяет сравнивать активность в разные даты и годы.
Солнечная вспышка — кратковременное мощное выделение энергии в атмосфере Солнца, сопровождающееся излучением и потоками частиц. Она может быстро изменить условия в окрестности Солнца. Вспышку отличают от пятна: это не тёмная область, а отдельное энергетическое явление.
Внутри Солнца вещество движется: горячая плазма поднимается, остывает и опускается, а вращение звезды тоже влияет на её потоки. Плазма состоит из заряженных частиц, поэтому её движение связано с возникновением электрических токов и магнитного поля. Потоки не остаются одинаковыми: они скручивают и усиливают поле, а затем могут перестраивать его. Поэтому магнитные изменения становятся причиной разных проявлений солнечной активности.
Сильное магнитное поле в области пятна мешает горячему веществу переносить энергию к поверхности так же эффективно, как в соседних областях. Из-за этого участок фотосферы становится холоднее окружающего фона и излучает меньше света. Контраст делает его тёмным при наблюдении, хотя температура пятна по земным меркам остаётся очень высокой. Значит, темнота пятна относительна: она заметна именно рядом с более яркой фотосферой.
Чтобы оценить активность, наблюдатели считают не только отдельные пятна, но и группы, в которые они объединены. Число Вольфа W = 10g + f придаёт каждой группе дополнительный вес: g умножают на 10 и прибавляют число пятен f. Например, одинаковое количество отдельных пятен может дать разные значения W, если они распределены по разному числу групп. Поэтому показатель удобнее простого подсчёта пятен для сравнения наблюдений.
Поскольку магнитное поле Солнца создаётся движением плазмы, его структура со временем меняется, а вместе с ней меняется и число пятен. Сначала активных областей становится больше, затем наступает максимум, после которого их количество уменьшается к минимуму. Такие подъёмы и спады повторяются в среднем примерно через 11 лет. Это не точное расписание: длительность циклов и даты максимумов могут различаться.
При перестройке магнитных полей в атмосфере Солнца может быстро высвободиться накопленная энергия — возникает вспышка. Она сопровождается усилением излучения и потоками частиц; иногда с активными областями связаны также выбросы вещества и протуберанцы. Достигнув околоземного пространства, частицы и выброшенное вещество взаимодействуют с магнитосферой Земли. Это может вызвать полярные сияния и повлиять на работу техники, поэтому наблюдение за активностью важно для оценки космической погоды.
| Проявление или показатель | Что наблюдают | Связь с магнитным полем | Возможное влияние на Землю |
|---|---|---|---|
| Солнечные пятна | Тёмные участки фотосферы | Сильное поле подавляет перенос энергии | Прямое влияние обычно не выделяют |
| Группы пятен | Несколько пятен в одной области | Объединены магнитно активной областью | Могут быть связаны с источниками вспышек |
| Число Вольфа | Показатель по формуле W = 10g + f | Отражает изменение количества активных областей | Помогает оценивать общую активность, но само по себе не воздействует |
| Солнечные вспышки | Кратковременное усиление излучения и поток частиц | Связаны с перестройкой магнитных полей | Могут влиять на околоземное пространство и технику |
| Протуберанцы и выбросы вещества | Облака вещества, поднимающиеся или выбрасываемые из атмосферы | Форму и движение вещества определяют магнитные поля | Достигнув Земли, выбросы могут возмущать магнитосферу |
Сопоставляйте строки по двум вопросам: что именно наблюдают и как это связано с магнитным полем. Последний столбец показывает возможные последствия, а не обязательное воздействие при каждом проявлении. Число Вольфа служит показателем, тогда как пятна, вспышки и выбросы — наблюдаемые явления.
На диске Солнца наблюдают 8 отдельных пятен, расположенных в 3 группах. Найдите число Вольфа по формуле W = 10g + f. Здесь важно не принять число групп за число пятен: в условии обе величины даны отдельно. Подставим каждую на своё место.
Ответ: число Вольфа равно 38. Проверка: вклад групп составляет 30, а вклад отдельных пятен — ещё 8. Если бы учли только пятна, получили бы неверный показатель.
В два года число Вольфа составило 24 и 96. Нужно определить, в каком году активность была выше и во сколько раз по этому показателю. Сравниваем именно значения W, а не пытаемся по ним вычислить количество пятен отдельно. Отношение большего значения к меньшему покажет, во сколько раз показатели различаются.
Ответ: активность была выше в году, когда W = 96; по числу Вольфа показатель больше в 4 раза. Это сравнение относится именно к данному показателю. Оно не означает, что каждое отдельное проявление активности обязательно усилилось ровно в четыре раза.
По графику числа Вольфа определите приблизительную длительность цикла активности и укажите годы максимума и минимума на показанном промежутке. Чтобы найти цикл, нужно сравнивать соседние максимумы или соседние минимумы, а не расстояние между максимумом и минимумом. На схематичной кривой заметны высокие значения около 2000, 2014 и 2024 годов. Минимумы находятся примерно около 2008–2009 и 2020 годов.
Ответ: цикл на данном схематичном графике длится приблизительно 10–14 лет, в среднем около 12 лет; максимумы показаны около 2000, 2014 и 2024 годов, минимумы — около 2008–2009 и 2020 годов. Отдельные интервалы могут отличаться, поэтому даты следует считать приблизительными. График иллюстрирует изменчивость циклов, а не точное расписание.
Ошибка — считать пятна холодными в обычном смысле, будто их температура низка. Так думают из-за тёмного вида пятен на Солнце, но этот вид объясняется сравнением с более яркой фотосферой. Проверяйте себя вопросом: пятно холоднее чего? Ответ — окружающего участка Солнца, а не земной среды.
Ошибка — ожидать, что максимум активности наступает строго через 11 лет после предыдущего. Среднее значение принимают за точное расписание, хотя продолжительность циклов меняется. Сверяйте выводы с графиком и называйте период приблизительным, если речь идёт о прогнозе дат.
Ошибка — при вычислении числа Вольфа учитывать только отдельные пятна. Так бывает, если забыть, что формула содержит и число групп, поэтому показатель окажется заниженным. Перед расчётом выпишите отдельно g и f и проверьте, что использовали W = 10g + f.
Ошибка — называть солнечную вспышку появлением пятна. Эти явления связаны с магнитным полем, поэтому их легко смешать, но пятно — сравнительно устойчивый тёмный участок фотосферы, а вспышка — кратковременное выделение энергии. Проверьте себя: если речь идёт о резком усилении излучения и потоках частиц, это вспышка, а не пятно.
Для понимания солнечной активности понадобятся знания о строении Солнца и его атмосферы, особенно о фотосфере. Также важно представлять, что магнитное поле связано с движением заряженного вещества. Эти понятия объясняют, почему одни области становятся пятнами и как возникают другие проявления активности.
Тема помогает изучать солнечный ветер и магнитосферу Земли — область, в которой земное магнитное поле взаимодействует с потоками частиц. С изменениями солнечной активности связаны полярные сияния и явления космической погоды. Эти знания нужны, чтобы понимать возможное воздействие Солнца на околоземное пространство и технику.
Почему солнечные пятна кажутся чёрными?
Пятна холоднее окружающей фотосферы, поэтому излучают меньше света и выглядят темнее на её фоне. Они не чёрные и не холодные в обычном смысле: их температура всё равно очень высока.
Как определяют число Вольфа?
Считают число отдельных пятен f и групп g, а затем используют формулу W = 10g + f. Поэтому в показателе учитываются оба значения, а не только общее число пятен.
Почему солнечная активность меняется примерно каждые 11 лет?
Движение плазмы внутри Солнца непрерывно создаёт и перестраивает его магнитное поле. В результате число пятен и других проявлений активности постепенно растёт и уменьшается; полный цикл в среднем близок к 11 годам, но может длиться иначе.
Чем солнечная вспышка отличается от солнечного пятна?
Пятно — сравнительно устойчивый участок фотосферы с сильным магнитным полем, который выглядит темнее окружающей поверхности. Вспышка — кратковременное выделение энергии в атмосфере Солнца, сопровождаемое излучением и потоками частиц.
Как солнечная активность влияет на Землю?
Излучение и частицы от вспышек, а также выброшенное Солнцем вещество могут воздействовать на околоземное пространство и магнитосферу Земли. Это может приводить к полярным сияниям и нарушениям в работе некоторых систем связи и навигации.
Солнечная активность
