stringtranslate.com

Минимум Маундера

Минимум Маундера, показанный в 400-летней истории числа солнечных пятен

Минимум Маундера , также известный как «длительный минимум солнечных пятен», был периодом около 1645–1715 годов, в течение которого солнечные пятна стали чрезвычайно редкими. В течение 28-летнего периода 1672–1699 годов в пределах минимума наблюдения выявили менее 50 солнечных пятен. Это контрастирует с типичными 40 000–50 000 солнечных пятен, наблюдаемых в наше время за аналогичный промежуток времени. [1]

Минимум Маундера был впервые отмечен Густавом Шпёрером в публикациях 1887 и 1889 годов, работа была передана Королевскому астрономическому обществу в Лондоне, а затем расширена астрономами-солнечниками Эдвардом Уолтером Маундером (1851–1928) и его женой Энни Рассел Маундер (1868–1947), которые также изучали, как широты солнечных пятен меняются со временем. Две статьи были опубликованы под именем Эдварда Маундера в 1890 [2] и 1894 годах, [3], и он процитировал две более ранние статьи, написанные Густавом Шпёрером . [4] [5] Поскольку Энни Маундер не получила университетского диплома, ограничения того времени привели к тому, что ее вклад не был публично признан. [6] Термин «минимум Маундера» был популяризирован Джоном А. Эдди , [7] который опубликовал знаменательную статью в журнале Science в 1976 году. [8]

Минимум Маундера произошел в течение Малого ледникового периода , длительного периода ( ок.  1300  – ок.  1850 гг .) более низких, чем в среднем, европейских температур. [9] Снижение солнечной активности могло способствовать похолоданию климата, хотя похолодание началось до солнечного минимума, и его основной причиной, как полагают, была вулканическая активность. [10]

Наблюдения за солнечными пятнами

Нерешенная проблема в астрономии :
Что стало причиной минимума Маундера и других грандиозных минимумов, и как солнечный цикл восстанавливается после минимального состояния?
(еще нерешенные проблемы в астрономии)

Минимум Маундера произошел между 1645 и 1715 годами, когда было обнаружено очень мало солнечных пятен. [11] Это произошло не из-за недостатка наблюдений, так как в 17 веке Джованни Доменико Кассини провел систематическую программу солнечных наблюдений в Парижской обсерватории , благодаря астрономам Жану Пикару и Филиппу де Ла Иру . Иоганн Гевелий также проводил наблюдения самостоятельно. Вот общее количество солнечных пятен, зарегистрированных, например, в десятилетние годы (без учета чисел Вольфа ): [11]

Во время минимума Маундера было обнаружено достаточно солнечных пятен, чтобы по их подсчетам можно было определить 11-летние циклы. Максимумы наблюдались в 1676–1677, 1684, 1695, 1705 и 1718 годах. Затем активность солнечных пятен была сосредоточена в южном полушарии Солнца, за исключением последнего цикла, когда солнечные пятна появились в северном полушарии. Согласно закону Шпёрера , пятна появляются на высоких широтах в начале цикла, впоследствии перемещаясь в более низкие широты, пока не достигнут средней широты около 15° в максимуме солнечной активности. Затем среднее значение продолжает дрейфовать ниже примерно до 7°, и после этого, в то время как пятна старого цикла исчезают, пятна нового цикла снова начинают появляться в высоких широтах. Видимость этих пятен также зависит от скорости вращения поверхности Солнца на различных широтах:

Видимость несколько ухудшается при наблюдениях с эклиптики . Эклиптика наклонена на 7° от плоскости экватора Солнца (широта 0°).

Затмения во время минимума Маундера

В своей весьма влиятельной статье [8] Джон А. Эдди обсуждал солнечные затмения во время минимума Маундера. Из текста сообщений очевидцев событий 1652 , 1706 и 1715 годов он пришел к выводу, что солнечная корона была слабой по интенсивности и неструктурированной во время минимума Маундера. Однако никаких графических свидетельств этих событий у него не было. Несколько изображений этих событий были доступны в политических карикатурах, на монетах и ​​медалях, но они, почти наверняка, не были нарисованы наблюдателями, которые фактически были свидетелями событий. Было два отпечатка, сделанных свидетелями события 1706 года, но они были сделаны в коммерческих целях, а не обученными астрономами. Затем в 2012 году Маркус Хайнц из Берлинской государственной библиотеки обнаружил две картины затмения 1706 года, которые, как было известно, существовали, но считались утерянными. Они были нарисованы обученным и искусным астрономом и наблюдателем Марией Кларой Эйммарт , дочерью директора обсерватории, размещенной на бастионе стен замка Нюрнберг . Картины прекрасно согласуются с подробным текстовым описанием события Иоганном Филиппом Вюрцельбау (также в Нюрнберге) и французским математиком и картографом Жаном де Клапье и астрономом Франсуа де Плантадом, которые наблюдали то же самое событие с башни Бабот в Монпелье . [12] Это подтвердило вывод Эдди о слабой и бесструктурной короне во время минимума Маундера и согласуется с моделированием бесструктурной F-короны, без обнаруженной K-короны, которая упорядочена магнитным полем, как было смоделировано для низкого коронального магнитного потока. [13] Полное обсуждение этих наблюдений короны минимума Маундера и того, как К-корона частично вернулась к моменту события 1715 года, дано Хаякавой и др. (2020). [12]

Малый ледниковый период

Сравнение групповых чисел солнечных пятен (вверху), наблюдений температуры Центральной Англии (CET) (в середине) и реконструкций и моделирования температур Северного полушария (NHT). CET красным цветом — средние значения летом (для июня, июля и августа), синим — средние значения зимой (для декабря предыдущего года, января и февраля). NHT серым цветом — распределение из корзины палеоклиматических реконструкций (темно-серый цвет показывает более высокие значения вероятности), а красным цветом — из модельных симуляций, которые учитывают солнечные и вулканические вариации. Для сравнения, в тех же масштабах аномалия для современных данных (после 31 декабря 1999 г.) для CET летом составляет +0,65 °C, для CET зимой составляет +1,34 °C, а для NHT составляет +1,08 °C. Данные о солнечных пятнах соответствуют дополнительным данным к [14] , а данные о температуре в Центральной Англии опубликованы Метеорологическим бюро Великобритании [15]. Данные NHT описаны в блоке TS.5, на рисунке 1 отчета МГЭИК AR5 Рабочей группы 1. [16]

Минимум Маундера примерно совпал с серединой Малого ледникового периода , во время которого в Европе и Северной Америке наблюдались более низкие, чем в среднем, температуры. Однако наличие причинно-следственной связи все еще находится на стадии оценки. [17] На данный момент наилучшая гипотеза о причине Малого ледникового периода заключается в том, что он был результатом вулканической активности. [18] [19] Начало Малого ледникового периода также произошло задолго до начала минимума Маундера, [18] и температуры в северном полушарии во время минимума Маундера не сильно отличались от предыдущих 80 лет, [20] что позволяет предположить, что снижение солнечной активности не было основной причиной Малого ледникового периода.

Корреляция между низкой активностью солнечных пятен и холодными зимами в Англии была проанализирована с использованием самого длинного существующего рекорда температуры поверхности, рекорда температуры в Центральной Англии . [21] Возможное объяснение этого было предложено наблюдениями эксперимента по исследованию солнечной радиации и климата НАСА , которые предполагают, что выход солнечного ультрафиолетового света более изменчив в течение солнечного цикла, чем ученые считали ранее. [22] Исследование 2011 года показало, что низкая солнечная активность была связана с поведением струйных течений , что привело к мягким зимам в некоторых местах ( южная Европа и Канада/Гренландия) и более холодным зимам в других ( северная Европа и Соединенные Штаты). [23] В Европе примерами очень холодных зим являются 1683–84, 1694–95 и зима 1708–09 . [24]

Другие наблюдения

События солнечной активности, зафиксированные радиоуглеродным методом.
График, показывающий косвенные показатели солнечной активности, включая изменения числа солнечных пятен и производства космогенных изотопов.

Прошлая солнечная активность может быть зарегистрирована различными прокси , включая углерод-14 и бериллий-10 . [25] Они указывают на более низкую солнечную активность во время минимума Маундера. Масштаб изменений, приводящих к образованию углерода-14 за один цикл, невелик (около одного процента от средней распространенности) и может быть принят во внимание при использовании радиоуглеродного датирования для определения возраста археологических артефактов . Интерпретация записей об изотопном содержании космогенных изотопов бериллия-10 и углерода-14, хранящихся в земных резервуарах, таких как ледяные щиты и годичные кольца деревьев, была значительно облегчена реконструкцией солнечных и гелиосферных магнитных полей на основе исторических данных о геомагнитной буревой активности, которые заполняют временной промежуток между окончанием пригодных для использования данных о космогенных изотопах и началом современных данных с космических аппаратов. [26] [27]

Другие исторические минимумы солнечных пятен были обнаружены либо напрямую, либо с помощью анализа космогенных изотопов; к ним относятся минимум Шпёрера (1450–1540) и менее заметный минимум Дальтона (1790–1820). В исследовании 2012 года минимумы солнечных пятен были обнаружены с помощью анализа углерода-14 в озерных отложениях. [28] В общей сложности, по-видимому, было 18 периодов минимумов солнечных пятен за последние 8000 лет, и исследования показывают, что в настоящее время Солнце проводит до четверти своего времени в этих минимумах.

В статье, основанной на анализе рисунка Джона Флемстида, предполагается, что вращение поверхности Солнца замедлилось во время глубокого минимума Маундера (1684 г.) [29] .

Во время минимума Маундера полярные сияния наблюдались, казалось бы, нормально, с регулярным циклом десятилетнего масштаба. [30] [31] Это несколько удивительно, потому что более поздний и менее глубокий минимум солнечных пятен Дальтона четко виден в частоте возникновения полярных сияний, по крайней мере, на более низких геомагнитных широтах. [32] Поскольку геомагнитная широта является важным фактором возникновения полярных сияний (полярные сияния на более низких широтах требуют более высоких уровней солнечно-земной активности), становится важным учесть миграцию населения и другие факторы, которые могли повлиять на количество надежных наблюдателей полярных сияний на данной магнитной широте в более ранние даты. [33] Циклы десятилетнего масштаба во время минимума Маундера также можно увидеть в распространенности космогенного изотопа бериллия-10 (который, в отличие от углерода-14, можно изучать с годовым разрешением) [34], но они, по-видимому, находятся в противофазе с любой остаточной активностью солнечных пятен. В 2012 году было предложено объяснение потери солнечного магнитного потока с точки зрения солнечных циклов. [35]

Основные статьи по минимуму Маундера были опубликованы в разделе « Исследования случаев минимумов Шпёрера, Маундера и Дальтона» . [36]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Джон Э. Бекман и Теренс Дж. Махони (1998). Минимум Маундера и изменение климата: помогли ли исторические записи современным исследованиям?. Библиотечные и информационные услуги по астрономии III. Серия конференций ASP. Том 153. Instituto de Astrofísica de Canarias, Тенерифе: Астрономическое общество Тихого океана.
  2. ^ Maunder, EW (1890). «Исследования профессора Шпёрера по пятнам на солнце». Monthly Notices of the Royal Astronomical Society . 50 : 251–252.
  3. ↑ Maunder, EW (1 августа 1894 г.). «Длительный минимум солнечных пятен». Knowledge . 17 : 173–176.
  4. ^ Шперер, Густав (1887). «Über die Periodicität der Sonnenflecken seit dem Jahre 1618, vornehmlich in Bezug auf die heliographische Breite derselben, und Hinweis auf eine erhebliche Störung dieser Periodicität während eines langen Zeitraumes» [О периодичности солнечных пятен с 1618 года, особенно с уважение к гелиографическому ее широта и указание на значительное нарушение этой периодичности в течение длительного периода]. Vierteljahrsschrift der Astronomischen Gesellschaft . 22 . Лейпциг: 323–329.
  5. ^ Шперер, Г. (февраль 1889 г.). «Sur les différences que presentent l'hémisphère nord et l'hémisphère sud du Soleil» [О различиях, которые присутствуют в северном и южном полушариях Солнца]. Астрономический бюллетень . 6 : 60–63. дои : 10.3406/bastr.1889.10197. S2CID  222462846.
  6. ^ Брюк, Мэри Т. (1994). «Элис Эверетт и Энни Рассел Маундер, женщины-астрономы, несущие факел». Irish Astronomical Journal . 21 : 280–291. Bibcode : 1994IrAJ...21..281B.
  7. ↑ Вебер, Брюс (17 июня 2009 г.). «Джон А. Эдди, солнечный детектив, умер в возрасте 78 лет». The New York Times . Получено 28 июля 2015 г.
  8. ^ ab Eddy, JA (июнь 1976 г.). «Минимум Маундера» (PDF) . Science . 192 (4245): 1189–1202. Bibcode :1976Sci...192.1189E. doi :10.1126/science.192.4245.1189. PMID  17771739. S2CID  33896851. Архивировано из оригинала (PDF) 2010-02-16.
  9. ^ Мёрнер, Нильс-Аксель (июль 2010 г.). «Солнечные минимумы, вращение Земли и малые ледниковые периоды в прошлом и будущем: случай Северной Атлантики–Европы». Глобальные и планетарные изменения . 72 (4): 282–293. Bibcode : 2010GPC....72..282M. doi : 10.1016/j.gloplacha.2010.01.004 . Получено 2 февраля 2023 г.
  10. ^ Кроули, Томас (2008). «Вулканизм и малый ледниковый период». СТРАНИЦЫ . 16 (2): 22–23. doi : 10.22498/pages.16.2.22 .
  11. ^ ab Usoskin; et al. (2015). «Минимум Маундера (1645–1715) был действительно грандиозным минимумом: переоценка нескольких наборов данных». Astron. Astrophys . 581 : A95. arXiv : 1507.05191 . Bibcode :2015A&A...581A..95U. doi :10.1051/0004-6361/201526652. S2CID  28101367.
  12. ^ ab Hayakawa H.; et al. (январь 2020 г.). «Графическое доказательство структуры солнечной короны во время минимума Маундера: сравнительное изучение рисунков полного затмения в 1706 и 1715 годах». J. Space Weather and Space Climate . 11 : 1. Bibcode : 2021JSWSC..11....1H. doi : 10.1051/swsc/2020035 . ISSN  2115-7251. S2CID  225305095.
  13. ^ Райли П. и др. (2015). «Вывод структуры солнечной короны и внутренней гелиосферы во время минимума Маундера с использованием глобальных термодинамических МГД-симуляций». Astrophys. J. 802 : 105. doi : 10.1088/0004-637X/802/2/105. S2CID  618838.
  14. ^ Локвуд, М.; и др. (июль 2014 г.). «Столетние вариации числа солнечных пятен, открытого солнечного потока и ширины пояса стримеров: 2. Сравнение с геомагнитными данными» (PDF) . J. Geophys. Res . 119 (7): 5183–5192. Bibcode : 2014JGRA..119.5183L. doi : 10.1002/2014JA019972. S2CID  27502299. Архивировано (PDF) из оригинала 2022-10-09.PDF-копия
  15. ^ «Набор данных Hadley Centre Central England Temperature (HadCET)».
  16. ^ «Изменение климата 2013 г., Физическая научная основа, WG1, 5-й оценочный доклад, МГЭИК».
  17. ^ Плэйт, Фил, Мы направляемся к новому ледниковому периоду? Архивировано 2015-07-17 в Wayback Machine , Discover, 17 июня 2011 г. (извлечено 16 июля 2015 г.)
  18. ^ ab Miller et al . 2012. «Внезапное начало Малого ледникового периода, вызванное вулканизмом и поддержанное обратными связями между морским льдом и океаном» Geophysical Research Letters 39 , 31 января; см. пресс-релиз на веб-сайте AGU (получено 16 июля 2015 г.).
  19. ^ Был ли Малый ледниковый период вызван крупными извержениями вулканов? ScienceDaily , 30 января 2012 г. (дата обращения: 21 мая 2012 г.)
  20. ^ Owens MJ; et al. (2017). «Маундеровский минимум и малый ледниковый период: обновление последних реконструкций и климатических симуляций». Космическая погода и космический климат . 7 (A33): A33. Bibcode : 2017JSWSC...7A..33O. doi : 10.1051/swsc/2017034 . hdl : 20.500.11820/7c44295a-1578-4e1c-8579-452dc70430c6 .
  21. ^ Локвуд, М.; и др. (февраль 2010 г.). «Связаны ли холодные зимы в Европе с низкой солнечной активностью?». Environmental Research Letters . 5 (2): 024001. Bibcode : 2010ERL.....5b4001L. doi : 10.1088/1748-9326/5/2/024001 .PDF-копия
  22. ^ Хардер, JA; и др. (апрель 2009 г.). «Тенденции изменения спектральной изменчивости солнечного излучения в видимом и инфракрасном диапазонах». Geophys. Res. Lett . 36 (7): L07801. Bibcode :2009GeoRL..36.7801H. doi : 10.1029/2008GL036797 . S2CID  18196394.
  23. ^ Ineson, S.; et al. (октябрь 2011 г.). "Солнечное воздействие на зимнюю климатическую изменчивость в Северном полушарии" (PDF) . Nature Geoscience . 4 (11): 753–757. Bibcode :2011NatGe...4..753I. doi :10.1038/ngeo1282. hdl : 10044/1/18859 . Архивировано (PDF) из оригинала 2022-10-09.
  24. ↑ Niles ' Weekly Register , том 15, приложение, история погоды
  25. ^ Усоскин ИГ (2017). «История солнечной активности на протяжении тысячелетий». Living Reviews in Solar Physics . 14 (3): 3. arXiv : 0810.3972 . Bibcode : 2017LRSP...14....3U. doi : 10.1007/s41116-017-0006-9. S2CID  195340740.
  26. ^ Локвуд М.; и др. (июнь 1999 г.). «Удвоение коронального магнитного поля Солнца за последние 100 лет». Nature . 399 (6735): 437–439. Bibcode :1999Natur.399..437L. doi :10.1038/20867. S2CID  4334972.PDF-копия, архив 2011-04-30 на Wayback Machine
  27. ^ Локвуд М. (2013). «Реконструкция и прогнозирование вариаций в открытом солнечном магнитном потоке и межпланетных условиях». Living Reviews in Solar Physics . 10 (4): 4. Bibcode : 2013LRSP...10....4L. doi : 10.12942/lrsp-2013-4 .PDF-копия
  28. ^ Селия Мартин-Пуэртас; Катя Маттес; Ахим Брауэр; Раймунд Мюшелер; Фелиситас Хансен; Кристоф Петрик; Ала Алдахан; Йоран Посснерт; Бас ван Гил (2 апреля 2012 г.). «Региональные изменения циркуляции атмосферы, вызванные большим солнечным минимумом». Природа Геонауки . 5 (6): 397–401. Бибкод : 2012NatGe...5..397M. дои : 10.1038/ngeo1460.
  29. ^ Vaquero JM, Sánchez-Bajo F, Gallego MC (2002). «Измерение вращения Солнца во время минимума Маундера». Solar Physics . 207 (2): 219–222. Bibcode : 2002SoPh..207..219V. doi : 10.1023/A:1016262813525. S2CID  119037415.
  30. ^ Шредер, Вильфрид (1992). «О существовании 11-летнего цикла солнечной и авроральной активности до и во время минимума Маундера». Журнал геомагнетизма и геоэлектричества . 44 (2): 119–28. Bibcode : 1992JGG....44..119S. doi : 10.5636/jgg.44.119 . ISSN  0022-1392.
  31. ^ Legrand, JP; Le Goff, M; Mazaudier, C; Schröder, W (1992). «Солнечная и авроральная активность в семнадцатом веке». Acta Geodaetica et Geophysica Hungarica . 27 (2–4): 251–282.
  32. ^ Nevanlinna, H. (1995). «Наблюдения за полярными сияниями в Финляндии – Визуальные наблюдения в XVIII и XIX веках» (PDF) . Журнал геомагнетизма и геоэлектричества . 47 (10): 953–960. Bibcode :1995JGG....47..953N. doi :10.5636/jgg.47.953. ISSN  0022-1392. S2CID  129392285. Архивировано из оригинала (PDF) 2020-01-10.PDF-копия
  33. ^ Васкес, М.; и др. (2014). «Долгосрочные пространственные и временные вариации событий северного сияния в период 1700–1905 гг.». Solar Physics . 289 (5): 1843–1861. arXiv : 1309.1502 . Bibcode : 2014SoPh..289.1843V. doi : 10.1007/s11207-013-0413-6. ISSN  0038-0938. S2CID  119115964.
  34. ^ Бир, Дж. и др. (1988). «Активное Солнце в течение минимума Маундера». Solar Physics . 181 (1): 237–249. Bibcode : 1998SoPh..181..237B. doi : 10.1023/A:1005026001784. S2CID  122019951.PDF-копия, архив 2014-08-21 на Wayback Machine
  35. ^ Оуэнс, М.Дж.; и др. (2012). «Гелиосферная модуляция галактических космических лучей во время больших солнечных минимумов: прошлые и будущие вариации». Geophys. Res. Lett . 39 (19): L19102. Bibcode :2012GeoRL..3919102O. doi : 10.1029/2012GL053151 .PDF-копия, архив 2014-08-22 на Wayback Machine
  36. ^ Шредер, Вильфрид (2005). Тематические исследования минимумов Шперера, Маундера и Дальтона . Beiträge zur Geschichte der Geophysik und Kosmischen Physik. Том. 6. Потсдам: АКГГП, Научное издание.

Дальнейшее чтение

Внешние ссылки