stringtranslate.com

Закон Хейла

Закон Хейла, проиллюстрированный группами солнечных пятен. Каждое пятно помечено буквой N (для севера) или S (для юга), указывающей его магнитную полярность. Каждая группа солнечных пятен состоит из двух пятен противоположной полярности, самое правое из которых ведущее, а самое левое — ведомое.
Активные области часто являются биполярными, с двумя полюсами противоположной магнитной полярности, расположенными в фотосфере.

В физике Солнца закон Хейла , также известный как закон полярности Хейла или закон Хейла–Николсона , представляет собой эмпирический закон ориентации магнитных полей в активных областях Солнца .

Он применяется к простым активным областям, имеющим биполярные конфигурации магнитного поля , где одна магнитная полярность является ведущей по отношению к направлению вращения Солнца . Закон Хейла гласит, что в одном и том же северном или южном солнечном полушарии такие активные области имеют одинаковую ведущую магнитную полярность; что в противоположных полушариях такие активные области имеют противоположную ведущую полярность; и что от одного цикла солнечных пятен к другому эти полярности меняются местами. Он назван в честь Джорджа Эллери Хейла и Сета Барнса Николсона , чьи наблюдения магнитных полей активных областей привели к формулировке закона в начале 20-го века.

Закон Хейла, наряду с законом Джоя и законом Шпёрера , обеспечивает наблюдательные ограничения для моделей солнечного динамо , которое генерирует магнитное поле Солнца. Закон Хейла предполагает, что активные области возникают из высокоорганизованного тороидального магнитного поля внутри Солнца, которое меняет полярность по экватору и чередует полярность между циклами солнечных пятен.

История

Солнечное магнитное поле было впервые обнаружено в 1908 году Джорджем Эллери Хейлом , когда он показал в ходе наблюдений, что солнечные пятна имеют сильные биполярные магнитные поля. [1] С помощью этих наблюдений Хейл также отметил, что большинство групп солнечных пятен в пределах одного и того же северного или южного солнечного полушария имеют одну и ту же ведущую полярность и что эта закономерность меняется на противоположную поперек экватора. Когда солнечный цикл 14 перешел в солнечный цикл 15 , Хейл и его коллеги провели дальнейшие наблюдения. В 1919 году их работа показала, что магнитная полярность пар солнечных пятен в пределах обоих полушарий меняется на противоположную от одного 11-летнего цикла солнечных пятен к другому. Эти закономерности стали известны как закон полярности Хейла или просто закон Хейла . [2] [3]

Определение

Фотосферные магнитограммы, полученные во время солнечных циклов 24 и 25, демонстрируют закон Хейла. Здесь белые пятна обозначают линии магнитного поля, направленные наружу страницы, а черные пятна обозначают линии магнитного поля, направленные внутрь страницы. Биполярные активные области выглядят как пары этих черных и белых пятен. На этих магнитограммах ведущей полярностью данной активной области является крайняя правая полярность.

Закон Хейла описывает магнитную полярность, связанную с активными областями Солнца. Магнитное поле большинства активных областей можно аппроксимировать парой магнитных монополей противоположной полярности, в этом случае область называется биполярной активной областью . Эти полюса обычно ориентированы так, что один полюс является ведущим по отношению к направлению вращения Солнца , а другой — отстающим. [4]

Закон Хейла гласит, что биполярные активные области обладают следующими свойствами в зависимости от того, расположена ли область в северном или южном полушарии Солнца: [2]

Анти-Хейл регионы

Биполярные активные области, которые нарушают закон Хейла, известны как анти-Хейл области . Оценки процента биполярных активных областей, которые нарушают закон Хейла, варьируются от 2 до 9%. [5] [6] Небольшие, слабые, эфемерные активные области нарушают закон Хейла чаще, чем в среднем, с относительным числом около 40%. Напротив, только 4% средних и больших по размеру активных областей нарушают закон Хейла. [7] [8] Кроме того, анти-Хейл области — и малые области в целом — имеют тенденцию иметь угол ориентации или наклон, который не следует закону Джоя , и, как было обнаружено, более распространены во время солнечных минимумов. [9] [10] [11] [12]

цикл Хейла

Поскольку закон Хейла гласит, что ведущие магнитные полярности в каждом полушарии чередуются между циклами солнечных пятен, для того, чтобы ведущие полярности вернулись к своей первоначальной схеме, требуется два полных цикла. Это указывает на то, что приблизительно 11-летний цикл солнечных пятен составляет половину 22-летнего магнитного цикла, который иногда называют циклом Хейла . [13]

Солнечная динамо-машина

Закон Хейла имеет важные последствия для внутреннего магнитного поля Солнца и динамо, которое его приводит в движение. А именно, наблюдение, что все активные регионы в данном полушарии с севера на юг имеют одинаковую ведущую магнитную полярность, предполагает, что их возникновение является проявлением высокоорганизованного выровненного с востока на запад или тороидального магнитного поля внутри Солнца. Кроме того, наблюдения, что полярность ведущего магнитного поля меняется на противоположную по экватору и чередуется между последовательными циклами солнечных пятен, дополнительно предполагают, что такое тороидальное поле также меняет полярность по экватору и чередует полярности между циклами. [14] [15] [16] [17]

Закон Хейла, наряду с законом Джоя для наклона групп солнечных пятен и законом Шпёрера для изменения широт активных областей, обеспечивает строгие ограничения наблюдений для моделей солнечного динамо. [4] Например, согласно механизму Бабкока-Лейтона для солнечного динамо, тороидальное поле, подразумеваемое законом Хейла, является результатом широтного дифференциального вращения Солнца, наматывающего выровненное по направлению север-юг, или полоидальное, магнитное поле. [17]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Хейл, GE (1908). «О вероятном существовании магнитного поля в солнечных пятнах». The Astrophysical Journal . 28 : 315. Bibcode : 1908ApJ....28..315H. doi : 10.1086/141602 .
  2. ^ ab Хейл, Джордж Э.; Эллерман, Фердинанд; Николсон, СБ; Джой, AH (апрель 1919 г.). «Магнитная полярность солнечных пятен». The Astrophysical Journal . 49 : 153. Bibcode : 1919ApJ....49..153H. doi : 10.1086/142452 .
  3. ^ Charbonneau, P.; White, OR (18 апреля 1995 г.). "Закон полярности солнечных пятен Хейла". www2.hao.ucar.edu . High Altitude Observatory . Архивировано из оригинала 2021-08-19 . Получено 2021-08-20 .
  4. ^ ab van Driel-Gesztelyi, Lidia; Green, Lucie May (декабрь 2015 г.). "Эволюция активных областей". Living Reviews in Solar Physics . 12 (1). Bibcode : 2015LRSP...12....1V. doi : 10.1007/lrsp-2015-1 .
  5. ^ Хейл, Джордж Э.; Николсон, Сет Б. (ноябрь 1925 г.). «Закон полярности солнечных пятен». The Astrophysical Journal . 62 : 270. Bibcode : 1925ApJ....62..270H . doi : 10.1086/142933. S2CID  40084431.
  6. ^ Ричардсон, Роберт С. (январь 1948 г.). «Группы солнечных пятен нерегулярной магнитной полярности». The Astrophysical Journal . 107 : 78. Bibcode : 1948ApJ...107...78R. doi : 10.1086/144988. ISSN  0004-637X. Архивировано из оригинала 20.08.2021 . Получено 20.08.2021 .
  7. ^ Жукова, Анастасия; Хлыстова, Анна; Абраменко, Валентина; Соколов, Дмитрий (декабрь 2020 г.). «Каталог биполярных активных областей, нарушающих закон полярности Хейла, 1989–2018 гг.». Solar Physics . 295 (12): 165. arXiv : 2010.14413 . Bibcode :2020SoPh..295..165Z. doi :10.1007/s11207-020-01734-9. S2CID  225076009.
  8. ^ Хагенаар, Херманс Дж. (июль 2001 г.). «Эфемерные области на последовательности магнитограмм доплеровского тепловизора Майкельсона полного диска». The Astrophysical Journal . 555 (1): 448–461. Bibcode :2001ApJ...555..448H. doi : 10.1086/321448 . S2CID  121706849.
  9. ^ Ли, Цзин (2 ноября 2018 г.). «Систематическое исследование физических параметров солнечных пятен Хейла и анти-Хейла». The Astrophysical Journal . 867 (2): 89. arXiv : 1809.08980 . Bibcode : 2018ApJ...867...89L. doi : 10.3847/1538-4357/aae31a .
  10. ^ Howard, Robert F. (1989). «Магнитные поля активных регионов: I. Данные и первые результаты». Solar Physics . 123 (2): 271–284. Bibcode :1989SoPh..123..271H. doi :10.1007/BF00149106. S2CID  125590815. Архивировано из оригинала 20.08.2021 . Получено 20.08.2021 .
  11. ^ Stenflo, JO; Kosovichev, AG (1 февраля 2012 г.). "Биполярные магнитные области на Солнце: глобальный анализ набора данных SOHO/MDI". The Astrophysical Journal . 745 (2): 129. arXiv : 1112.5226 . Bibcode :2012ApJ...745..129S. doi :10.1088/0004-637X/745/2/129.
  12. ^ Жукова, А; Хлыстова, А; Абраменко, В; Соколов, Д (22 марта 2022 г.). «Синтетический солнечный цикл для активных регионов, нарушающих закон полярности Хейла». Monthly Notices of the Royal Astronomical Society . 512 (1): 1365–1370. arXiv : 2203.01274 . Bibcode : 2022MNRAS.512.1365Z. doi : 10.1093/mnras/stac597 .
  13. ^ Хэтэуэй, Дэвид Х. (декабрь 2015 г.). «Солнечный цикл». Living Reviews in Solar Physics . 12 (1): 4. arXiv : 1502.07020 . Bibcode : 2015LRSP...12....4H. doi : 10.1007/lrsp-2015-4 . PMC 4841188. PMID  27194958 . 
  14. ^ Cameron, RH; Dikpati, M.; Brandenburg, A. (сентябрь 2017 г.). «Глобальное солнечное динамо». Space Science Reviews . 210 (1–4): 367–395. arXiv : 1602.01754 . Bibcode :2017SSRv..210..367C. doi : 10.1007/s11214-015-0230-3 .
  15. ^ Кэмерон, Роберт (апрель 2020 г.). «Солнечный динамо». В Фостер, Брайан (ред.). Оксфордская исследовательская энциклопедия физики . Oxford University Press. Bibcode : 2020orep.book...11C. doi : 10.1093/acrefore/9780190871994.013.11. ISBN 978-0-19-087199-4.
  16. ^ Шарбонно, Поль (18 августа 2014 г.). «Теория солнечного динамо». Annual Review of Astronomy and Astrophysics . 52 (1): 251–290. Bibcode : 2014ARA&A..52..251C. doi : 10.1146/annurev-astro-081913-040012 .
  17. ^ ab Charbonneau, Paul (декабрь 2020 г.). "Модели динамо солнечного цикла". Living Reviews in Solar Physics . 17 (1): 4. Bibcode : 2020LRSP...17....4C. doi : 10.1007/s41116-020-00025-6 .