stringtranslate.com

Минимум Маундера

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

Минимум Маундера , также известный как «длительный минимум солнечных пятен», представлял собой период с 1645 по 1715 год, в течение которого солнечные пятна стали чрезвычайно редкими. За 28-летний период (1672–1699 гг.) в пределах минимума наблюдения выявили менее 50 солнечных пятен. Это контрастирует с типичными 40 000–50 000 солнечных пятен, наблюдаемыми в наше время за аналогичный период времени. [1]

Минимум Маундера был впервые отмечен Густавом Шперером в публикациях 1887 и 1889 годов, работа была передана Королевскому астрономическому обществу в Лондоне, а затем расширена солнечными астрономами Эдвардом Уолтером Маундером (1851–1928) и его женой Энни Рассел . Маундер (1868–1947), который также изучал, как со временем менялись широты солнечных пятен. Две статьи были опубликованы от имени Эдварда Маундера в 1890 году [2] и 1894 году [3] , и он цитировал две более ранние статьи, написанные Густавом Шперером . [4] [5] Поскольку Энни Маундер не получила университетского образования, ограничения в то время привели к тому, что ее вклад не был публично признан. [6] Термин «Минимум Маундера» был популяризирован Джоном А. Эдди , [7] который опубликовал знаковую статью в журнале Science в 1976 году . [8]

Минимум Маундера произошел во время Малого ледникового периода , длительного периода температур ниже средних по Европе. [9] Снижение солнечной активности, возможно, способствовало похолоданию климата, хотя похолодание началось до солнечного минимума, и его основной причиной считается вулканическая активность. [10]

Наблюдения за солнечными пятнами

Нерешенная задача астрономии :

Что вызвало минимум Маундера и другие великие минимумы и как солнечный цикл восстанавливается из минимального состояния?

(еще нерешенные проблемы астрономии)

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

Во время минимума Маундера было замечено достаточно солнечных пятен, чтобы по их подсчету можно было определить 11-летние циклы. Максимумы наблюдались в 1676–1677, 1684, 1695, 1705 и 1718 годах. Пятнистая активность тогда была сосредоточена в южном полушарии Солнца, за исключением последнего цикла, когда пятна появились в северном полушарии. Согласно закону Шперера , пятна появляются на высоких широтах в начале цикла, затем перемещаются в более низкие широты, пока их среднее значение не достигает 15° широты в солнечном максимуме. Затем среднее значение продолжает снижаться примерно до 7°, и после этого, в то время как пятна старого цикла исчезают, пятна нового цикла снова начинают появляться в высоких широтах. На видимость этих пятен также влияет скорость вращения поверхности Солнца на различных широтах:

На видимость несколько влияют наблюдения, проводимые с эклиптики . Эклиптика наклонена на 7° от плоскости солнечного экватора (0° широты).

Затмения во время минимума Маундера

В своей весьма влиятельной статье [8] Джон А. Эдди обсуждал солнечные затмения во время минимума Маундера. Из текста свидетельств 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 ему не было доступно. Некоторые изображения этих событий были доступны в политических карикатурах, на монетах и ​​медалях, но они почти наверняка не были нарисованы наблюдателями, которые действительно были свидетелями этих событий. Свидетели события 1706 года сделали два отпечатка, но они были сделаны по коммерческим причинам, а не обученными астрономами. Затем в 2012 году Маркус Хайнц из Берлинской государственной библиотеки обнаружил две картины с изображением затмения 1706 года, о существовании которых было известно, но которые считались утерянными. Их нарисовала опытный и опытный астроном и наблюдатель Мария Клара Эйммарт , дочь директора обсерватории, расположенной на бастионе стен Нюрнбергского замка. Картины прекрасно согласовывались с подробным текстовым описанием события, сделанным Иоганном Филиппом Вурцельбау (также в Нюрнберге), а также французским математиком и картографом Жаном де Клапье и астрономом Франсуа де Плантадом, которые наблюдали то же событие с башни Баботе в Монпелье . [12] Это подтвердило вывод Эдди о слабой и бесструктурной короне во время минимума Маундера и согласовалось с моделированием бесструктурной F-короны без обнаруженной K-короны, упорядоченной магнитным полем, как это было смоделировано для слабой корональной магнитной поток. [13] Полное обсуждение этих наблюдений минимальной короны Маундера и того, как К-корона частично вернулась ко времени события 1715 года, дано Хаякавой и др. (2020). [12]

Маленький ледниковый период

Сравнение группового числа солнечных пятен (вверху), наблюдений за температурой Центральной Англии (CET) (в центре), а также реконструкций и моделирования температур Северного полушария (NHT). Центральноевропейское время, выделенное красным, представляет собой средние летние значения (за июнь, июль и август), а синим — средние зимние значения (за декабрь предыдущего года, январь и февраль). NHT, выделенный серым цветом, представляет собой распределение из корзины реконструкций палеоклимата (темно-серый цвет показывает более высокие значения вероятности), а красный — из модельного моделирования, учитывающего солнечные и вулканические вариации. Для сравнения: в тех же масштабах аномалия современных данных (после 31 декабря 1999 г.) для летнего центральноевропейского времени составляет +0,65 °С, для зимнего центральноевропейского времени +1,34 °С и для NHT +1,08 °С. Данные о солнечных пятнах приведены в дополнительных данных к [14] , а данные о температуре в Центральной Англии соответствуют опубликованным Метеорологическим бюро Великобритании [15]. Данные NHT описаны в блоке TS.5, рисунок 1 отчета IPCC AR5 Рабочей группы 1. [16]

Минимум Маундера примерно совпал с средней частью Малого ледникового периода , во время которого в Европе и Северной Америке температуры были ниже средних. Однако существует ли причинно-следственная связь, все еще находится на стадии оценки. [17] На данный момент лучшая гипотеза причины Малого ледникового периода заключается в том, что он был результатом вулканической деятельности. [18] [19] Начало Малого ледникового периода также произошло задолго до начала минимума Маундера, [18] и температуры в северном полушарии во время минимума Маундера существенно не отличались от предыдущих 80 лет, [20] предполагая , 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 длительного из существующих рекордов приземной температуры — рекорда температуры в Центральной Англии . [21] Потенциальное объяснение этому было предложено наблюдениями НАСА по солнечному излучению и климатическому эксперименту , которые предполагают, что выход солнечного ультрафиолетового света более изменчив в течение солнечного цикла, чем ученые думали ранее. [22] Исследование 2011 года показало, что низкая солнечная активность связана с поведением реактивных течений , что приводит к мягким зимам в некоторых местах ( южная Европа и Канада/Гренландия) и более холодным зимам в других ( северная Европа и США). [23] В Европе примерами очень холодных зим являются 1683–84, 1694–95 и зима 1708–09 годов . [24]

Другие наблюдения

События солнечной активности, зафиксированные радиоуглеродом.
График, показывающий показатели солнечной активности, включая изменения количества солнечных пятен и производства космогенных изотопов.

Прошлую солнечную активность можно зарегистрировать с помощью различных индикаторов , включая углерод-14 и бериллий-10 . [25] Это указывает на более низкую солнечную активность во время минимума Маундера. Масштаб изменений, приводящих к производству углерода-14 за один цикл, невелик (около одного процента от средней численности) и может быть учтен при использовании радиоуглеродного датирования для определения возраста археологических артефактов . Интерпретации записей содержания космогенных изотопов бериллия-10 и углерода-14, хранящихся в земных резервуарах, таких как ледниковые щиты и годичные кольца, во многом способствовала реконструкция солнечных и гелиосферных магнитных полей, основанная на исторических данных об активности геомагнитных бурь , которые соединяют временной разрыв между окончанием использования данных космогенных изотопов и началом данных современных космических аппаратов. [26] [27]

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

Статья, основанная на анализе рисунка Джона Флемстида, предполагает, что вращение поверхности Солнца замедлилось в глубоком минимуме Маундера (1684 г.). [29]

Во время минимума Маундера полярные сияния наблюдались, казалось бы, нормально, с регулярным десятилетним циклом. [30] [31] Это несколько удивительно, поскольку более поздний и менее глубокий Дальтоновский минимум солнечных пятен ясно виден в частоте появления полярных сияний, по крайней мере, на более низких геомагнитных широтах. [32] Поскольку геомагнитная широта является важным фактором возникновения полярных сияний (полярные сияния в более низких широтах требуют более высокого уровня солнечно-земной активности), становится важным учитывать миграцию населения и другие факторы, которые могли повлиять на количество надежных наблюдателей полярных сияний на планете. данная магнитная широта для более ранних дат. [33] Циклы десятилетнего масштаба во время минимума Маундера также можно увидеть в содержании космогенного изотопа бериллия-10 (который, в отличие от углерода-14, можно изучать с годовым разрешением) [34] , но они, по-видимому, находятся в противофазе с любым остаточная активность солнечных пятен. Объяснение потери солнечного магнитного потока с точки зрения солнечных циклов было предложено в 2012 году. [35]

Фундаментальные статьи о минимуме Маундера были опубликованы в тематических исследованиях минимумов Шперера, Маундера и Дальтона . [36]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Джон Э. Бекман и Теренс Дж. Махони (1998). Минимум Маундера и изменение климата: помогли ли исторические данные современным исследованиям? Библиотечно-информационные услуги по астрономии III. Серия конференций ASP. Том. 153. Канарский институт астрофизики, Тенерифе: Тихоокеанское астрономическое общество.
  2. ^ Маундер, EW (1890). «Исследования профессора Шперера по солнечным пятнам». Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества . 50 : 251–252.
  3. ^ Маундер, EW (1 августа 1894 г.). «Продолжительный минимум солнечных пятен». Знание . 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 уважением к гелиографическому ее широта и указание на значительное нарушение этой периодичности в течение длительного периода]. Vierteljahrsschrift der Astronomischen Gesellschaft . Лейпциг. 22 : 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 полушарии и южном полушарии Солнца]. Астрономический бюллетень . 6 : 60–63. дои : 10.3406/bastr.1889.10197. S2CID  222462846.
  6. ^ Брюк, Мэри Т. (1994). «Алиса Эверетт и Энни Рассел Маундер, женщины-астрономы, несущие факел». Ирландский астрономический журнал . 21 : 280–291. Бибкод : 1994IrAJ...21..281B.
  7. ↑ Вебер, Брюс (17 июня 2009 г.). «Джон А. Эдди, солнечный детектив, умер в возрасте 78 лет». Нью-Йорк Таймс . Проверено 28 июля 2015 г.
  8. ^ Аб Эдди, JA (июнь 1976 г.). «Минимум Маундера» (PDF) . Наука . 192 (4245): 1189–1202. Бибкод : 1976Sci...192.1189E. дои : 10.1126/science.192.4245.1189. PMID  17771739. S2CID  33896851. Архивировано из оригинала (PDF) 16 февраля 2010 г.
  9. ^ Мёрнер, Нильс-Аксель (июль 2010 г.). «Солнечные минимумы, вращение Земли и малые ледниковые периоды в прошлом и будущем: случай Северной Атлантики и Европы». Глобальные и планетарные изменения . 72 (4): 282–293. Бибкод : 2010GPC....72..282M. дои :10.1016/j.gloplacha.2010.01.004 . Проверено 2 февраля 2023 г.
  10. ^ Кроули, Томас (2008). «Вулканизм и малый ледниковый период». СТРАНИЦЫ . 16 (2): 22–23. дои : 10.22498/pages.16.2.22 .
  11. ^ аб Усоскин; и другие. (2015). «Минимум Маундера (1645–1715) действительно был великим минимумом: переоценка нескольких наборов данных». Астрон. Астрофизика . 581 : А95. arXiv : 1507.05191 . Бибкод : 2015A&A...581A..95U. дои : 10.1051/0004-6361/201526652. S2CID  28101367.
  12. ^ аб Хаякава Х.; и другие. (январь 2020 г.). «Графические доказательства структуры солнечной короны во время минимума Маундера: сравнительное исследование рисунков полного затмения в 1706 и 1715 годах». J. Космическая погода и космический климат . 11 : 1. Бибкод : 2021JSWSC..11....1H. дои : 10.1051/swsc/2020035 . ISSN  2115-7251. S2CID  225305095.
  13. ^ Райли П.; и другие. (2015). «Вывод о структуре солнечной короны и внутренней гелиосферы во время минимума Маундера с использованием глобального термодинамического МГД-моделирования». Астрофиз. Дж . 802 : 105. дои : 10.1088/0004-637X/802/2/105. S2CID  618838.
  14. ^ Локвуд, М.; и другие. (июль 2014 г.). «Столетние вариации числа солнечных пятен, открытого солнечного потока и ширины пояса стримеров: 2. Сравнение с геомагнитными данными» (PDF) . Дж. Геофиз. Рез . 119 (7): 5183–5192. Бибкод : 2014JGRA..119.5183L. дои : 10.1002/2014JA019972. S2CID  27502299. Архивировано (PDF) из оригинала 9 октября 2022 г.PDF-копия
  15. ^ "Набор данных о температуре Центра Хэдли в Центральной Англии (HadCET)" .
  16. ^ «Изменение климата, 2013 г., Основы физических наук, WG1, 5-й отчет об оценке, МГЭИК» .
  17. ^ Плейт, Фил, Мы приближаемся к новому ледниковому периоду? Архивировано 17 июля 2015 г. в Wayback Machine , Discover, 17 июня 2011 г. (получено 16 июля 2015 г.).
  18. ^ аб Миллер и др . 2012. «Внезапное начало малого ледникового периода, вызванное вулканизмом и поддерживаемое обратными связями морской лед/океан» Geophysical Research Letters 39 , 31 января; см. пресс-релиз на сайте AGU (по состоянию на 16 июля 2015 г.).
  19. ^ Был ли Малый ледниковый период вызван мощными извержениями вулканов? ScienceDaily , 30 января 2012 г. (по состоянию на 21 мая 2012 г.)
  20. ^ Оуэнс М.Дж.; и другие. (2017). «Минимум Маундера и малый ледниковый период: обновленная информация на основе недавних реконструкций и климатического моделирования». Космическая погода и космический климат . 7 (А33): А33. Бибкод : 2017JSWSC...7A..33O. дои : 10.1051/swsc/2017034 .
  21. ^ Локвуд, М.; и другие. (февраль 2010 г.). «Связаны ли холодные зимы в Европе с низкой солнечной активностью?». Письма об экологических исследованиях . 5 (2): 024001. Бибкод : 2010ERL.....5b4001L. дои : 10.1088/1748-9326/5/2/024001 .PDF-копия
  22. ^ Хардер, Дж. А.; и другие. (апрель 2009 г.). «Тенденции изменчивости спектра солнечного излучения в видимом и инфракрасном диапазонах». Геофиз. Рез. Летт . 36 (7): L07801. Бибкод : 2009GeoRL..36.7801H. дои : 10.1029/2008GL036797 . S2CID  18196394.
  23. ^ Инесон, С.; и другие. (октябрь 2011 г.). «Солнечное воздействие на изменчивость зимнего климата в Северном полушарии» (PDF) . Природа Геонауки . 4 (11): 753–757. Бибкод : 2011NatGe...4..753I. дои : 10.1038/ngeo1282. hdl : 10044/1/18859 . Архивировано (PDF) из оригинала 9 октября 2022 г.
  24. ^ Еженедельный реестр Найлза , Том 15, Приложение, История погоды
  25. ^ Усоскин ИГ (2017). «История солнечной активности на протяжении тысячелетий». Живые обзоры по солнечной физике . 14 (3): 3. arXiv : 0810.3972 . Бибкод : 2017LRSP...14....3U. дои : 10.1007/s41116-017-0006-9. S2CID  195340740.
  26. ^ Локвуд М.; и другие. (июнь 1999 г.). «Удвоение коронального магнитного поля Солнца за последние 100 лет». Природа . 399 (6735): 437–439. Бибкод : 1999Natur.399..437L. дои : 10.1038/20867. S2CID  4334972.PDF-копия, заархивированная 30 апреля 2011 г. в Wayback Machine.
  27. ^ Локвуд М. (2013). «Реконструкция и прогноз изменений открытого солнечного магнитного потока и межпланетных условий». Живые обзоры по солнечной физике . 10 (4): 4. Бибкод : 2013LRSP...10....4L. дои : 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. ^ Вакеро Х.М., Санчес-Бахо Ф., Гальего MC (2002). «Мера вращения Солнца во время минимума Маундера». Солнечная физика . 207 (2): 219–222. Бибкод : 2002SoPh..207..219В. дои : 10.1023/А: 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. Бибкод : 1992JGG....44..119S. дои : 10.5636/jgg.44.119 . ISSN  0022-1392.
  31. ^ Легран, JP; Ле Гофф, М; Мазодье, К; Шредер, В. (1992). «Солнечная и полярная активность в семнадцатом веке». Acta Geodaetica et Geophysica Hungarica . 27 (2–4): 251–282.
  32. ^ Неванлинна, Х. (1995). «Авроральные наблюдения в Финляндии - Визуальные наблюдения в XVIII и XIX веках» (PDF) . Журнал геомагнетизма и геоэлектричества . 47 (10): 953–960. Бибкод : 1995JGG....47..953N. дои : 10.5636/jgg.47.953. ISSN  0022-1392. S2CID  129392285. Архивировано из оригинала (PDF) 10 января 2020 г.PDF-копия
  33. ^ Васкес, М.; и другие. (2014). «Долгосрочные пространственные и временные вариации событий северного сияния в период 1700–1905 годов». Солнечная физика . 289 (5): 1843–1861. arXiv : 1309.1502 . Бибкод : 2014SoPh..289.1843V. дои : 10.1007/s11207-013-0413-6. ISSN  0038-0938. S2CID  119115964.
  34. ^ Бир, Дж.; и другие. (1988). «Активное Солнце на протяжении минимума Маундера». Солнечная физика . 181 (1): 237–249. Бибкод : 1998SoPh..181..237B. дои : 10.1023/А: 1005026001784. S2CID  122019951.PDF-копия, заархивированная 21 августа 2014 г. в Wayback Machine.
  35. ^ Оуэнс, МЮ; и другие. (2012). «Гелиосферная модуляция галактических космических лучей во время великих солнечных минимумов: изменения в прошлом и будущем». Геофиз. Рез. Летт . 39 (19): L19102. Бибкод : 2012GeoRL..3919102O. дои : 10.1029/2012GL053151 .PDF-копия, заархивированная 22 августа 2014 г. в 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