میدان الکترومغناطیسی خورشید. دستگاههای ردیابی خورشید

با تلفیق مشاهده مستقیم با شبیه سازی های رایانه ای ، هلیوفیزیکدانان ناسا مدلی را برای حرکت پلاسما در تاج خورشید ایجاد کرده اند تا ماهیت میدان مغناطیسی خورشید را بهتر بشناسند.

سطح خورشید به طور مداوم آفتاب می زند و می رقصد. جت های پلاسمائی که از آن می گیرند خم شده ، در حلقه ها پیچیده می شوند ، به چرخه های پیچ خورده پیچیده شده و به لایه های بالایی جو خورشیدی می رسند - تاج ، که دارای دمای میلیون ها درجه است.

نتایج شبیه سازی. میدان مغناطیسی خورشید در سال 2011 بسیار نزدیکتر از قطبها متمرکز شده است. نقاط کمی وجود دارد. (تصویر مرکز پرواز فضایی گادارد ناسا / Bridgman)

میدان مغناطیسی خورشید در سال 2014 گیج تر و نامنظم تر شد و شرایطی را برای شعله ور شدن و بیرون ریز شدن جرم تاجی ایجاد کرد. (تصویر مرکز پرواز فضایی گادارد ناسا / Bridgman)

سطح خورشید (تصویر http://www.nasa.gov)

این حرکت همیشگی ، که نمی توان در نور مرئی مشاهده کرد ، برای اولین بار در دهه 50 مورد توجه قرار گرفت و از آن زمان فیزیکدانان در تلاشند تا بفهمند که چرا این اتفاق می افتد. در حال حاضر مشخص شده است که ماده ای که خورشید از آن تشکیل شده است مطابق قوانین الکترومغناطیس حرکت می کند.

با مطالعه میدان مغناطیسی خورشید می توان ماهیت فضا را در کل منظومه شمسی بهتر درک کرد: هم بر میدان مغناطیسی بین سیاره ای و هم تابشی که از طریق آن فضاپیما باید حرکت کند و هوای فضا روی زمین (هوا شفق ، طوفان مغناطیسی و غیره) را تحت تأثیر قرار می دهد. بستگی به شعله های خورشیدی دارد)

اما با وجود سالها تحقیق ، هنوز درک نهایی از ماهیت میدان مغناطیسی خورشیدی صورت نگرفته است. اعتقاد بر این است که از حرکات ذرات باردار که به دلیل چرخش خورشید (دینام خورشیدی) و همرفت حرارتی در امتداد مسیرهای پیچیده حرکت می کنند ، ناشی می شود ، که از گرما ناشی از همجوشی گرمای هسته ای در مرکز خورشید پشتیبانی می شوند. با این حال ، هنوز تمام جزئیات این روند مشخص نیست. به ویژه ، مشخص نیست که دقیقاً میدان مغناطیسی در کجا ایجاد شده است: نزدیک به سطح خورشیدی ، در اعماق خورشید یا در اعماق گسترده ای.

چگونه می توانید یک میدان مغناطیسی نامرئی را ببینید؟ با حرکت پلاسما خورشیدی. بنابراین ، برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد "زندگی مغناطیسی" خورشید ، دانشمندان ناسا تصمیم به تجزیه و تحلیل حرکت پلاسما از طریق تاج آن ، با ترکیب نتایج شبیه سازی های رایانه ای و داده های به دست آمده از مشاهده در زمان واقعی.

میدان مغناطیسی حرکت ذرات باردار ، الکترون ها و یون های تشکیل دهنده پلاسما را کنترل می کند. حلقه های حاصل و سایر ساختارهای پلاسما در تصاویر گرفته شده در دامنه ماوراء بنفش شدید درخشان هستند. علاوه بر این ، ردپاهای آنها در سطح خورشید یا همان عکس در عکس با ابزاری به نام مگنتوگرافی قابل اندازه گیری است که قدرت و جهت میدانهای مغناطیسی را اندازه گیری می کند.

نتایج مشاهده ، که قدرت و جهت میدان مغناطیسی را توصیف می کند ، سپس با یک مدل از پلاسما خورشیدی در حال حرکت در یک میدان مغناطیسی ترکیب می شوند. آنها با هم ایده خوبی می دهند که میدان مغناطیسی در تاج خورشید به نظر می رسد و چگونه در آنجا نوسان می کند.

در طول دوره های فعالیت حداکثر خورشیدی ، میدان مغناطیسی شکل بسیار پیچیده ای دارد که تعداد زیادی ساختار کوچک در همه جا وجود دارد و مناطق فعال را نمایان می کند. در حداقل فعالیت خورشیدی ، میدان ضعیف تر است و در قطب ها متمرکز شده است. یک بافت بسیار صاف و بدون لکه ایجاد می شود.

براساس مواد ناسا
در آنجا همچنین می توانید بر اساس نتایج شبیه سازی ، انیمیشن را تماشا کنید.

L. SHIRSHOV ، محقق ، مؤسسه فیزیک انرژی بالا.

باد خورشیدی (جریانی از ذرات باردار) در اطراف کره زمین جریان می یابد و با میدان مغناطیسی آن در تعامل است و موج شوکی در فاصله ده شعاع زمین از سیاره ایجاد می کند.

ساختار میدان مغناطیسی خورشیدی در صفحه خورشیدگرفتگی. این زمینه به چندین بخش تقسیم می شود که در آن یا به سمت ستاره یا به دور از آن هدایت می شود.

توزیع میدان مغناطیسی خورشید در فضای بیرونی. این میدان کل منظومه شمسی را در یک حباب غول پیکر قرار می دهد. مرز آن هلیوپا نامیده می شود. به دلیل چرخش خورشید ، میدان مغناطیسی شکل مارپیچ Archimedes را می گیرد. این منحنی توسط نقطه توصیف می شود

باد خورشیدی (جریانی از ذرات باردار) در اطراف زمین جریان می یابد و با میدان مغناطیسی آن در تعامل است و موج شوکی در فاصله ده شعاع زمین از سیاره ایجاد می کند.

در همان آغاز قرن جدید ، گلخانه ما ، خورشید ، جهت میدان مغناطیسی خود را به نقطه مقابل تغییر داد. واژگونی قطب های مغناطیسی (معکوس) توسط متخصصان ناسا (سازمان ملی هوانوردی و فضایی) انجام شد که در حال نظارت بر رفتار خورشید هستند. مقاله "خورشید معکوس شده است" که در تاریخ 15 فوریه منتشر شد ، خاطرنشان می سازد كه قطب شمال مغناطیسی آن ، كه فقط چند ماه پیش در نیمکره شمالی بود ، اکنون در جنوب قرار دارد.

چنین رویدادی به دور از منحصر به فرد است. یک چرخه مغناطیسی کامل 22 ساله با یک چرخه 11 ساله خورشیدی همراه است و تلنگر قطب در طی عبور از حداکثر آن رخ می دهد. قطب های مغناطیسی خورشید هم اکنون در مکان های جدید خود تا انتقال بعدی باقی می مانند ، که با عادی بودن ساعت کاری اتفاق می افتد. دلایل معکوس و بسیار چرخه فعالیت خورشیدی مرموز است. میدان ژئومغناطیسی نیز بارها و بارها جهت خود را تغییر داده است ، اما آخرین باری که این اتفاق افتاد 740 هزار سال پیش بود. برخی محققان بر این باورند که سیاره ما در حال حاضر لحظه واژگونی قطب های مغناطیسی را به تأخیر انداخته است ، اما هیچ کس نمی تواند دقیقاً پیش بینی کند که این اتفاق اکنون چه اتفاقی خواهد افتاد.

اگرچه زمینه های مغناطیسی خورشید و زمین متفاوت رفتار می کنند ، اما شباهت هایی نیز دارند. در طول حداقل فعالیت خورشیدی ، میدان مغناطیسی ستاره ، مانند میدان ژئومغناطیسی سیاره ما ، در امتداد نصف النهار هدایت می شود ، خطوط نیرو آن در قطب ها متمرکز شده و در خط استوا کمیاب هستند. چنین زمینه ای قطبی خوانده می شود - این نام نشان دهنده حضور دو قطب است. میدان مغناطیسی خورشید در حدود 50 گاو است و میدان مغناطیسی زمین 100 برابر ضعیف است.

با افزایش فعالیت خورشیدی و تعداد لکه های خورشید در سطح خورشید افزایش می یابد ، میدان مغناطیسی ستاره ما شروع به تغییر می کند. شارهای القایی مغناطیسی در لکه های آفتاب بسته شده و بزرگی میدان در این مناطق صدها برابر افزایش می یابد. همانطور که دیوید هاتاوی ، فیزیکدان خورشیدی در مرکز پرواز فضایی مارشال ، خاطرنشان می کند ، "جریان های نصف النهاری روی سطح خورشید شار مغناطیسی از لکه های خورشید را از عرض های جغرافیایی تا قطب ها حمل و حمل می کنند ، و میدان دو قطبی به طور پیوسته در حال تضعیف است." با استفاده از داده های جمع آوری شده توسط ستاره شناسان در رصدخانه ملی ایالات متحده در Keith Peak ، میانگین میدان مغناطیسی خورشید را هر روز به عنوان تابعی از عرض و زمان از 1975 تا به امروز ثبت می کند. نتیجه ، نوعی نقشه مسیر است که رفتار شار مغناطیسی را در سطح خورشید ثبت می کند.

در مدل "دینام خورشیدی" (http://science.msfc.nasa.gov/ssl/pad/solar/dynamo.htm) ، فرض بر این است که لومینر ما به عنوان یک مولد جریان مستقیم کار می کند ، و عمدتا در منطقه همرفت عمل می کند. میدان های مغناطیسی توسط جریان های الکتریکی ایجاد می شوند که هنگام حرکت جریان گازهای گرم یونیزه شده ایجاد می شوند. ما تعدادی جریان را نسبت به سطح خورشید مشاهده می کنیم که همگی می توانند زمینه های مغناطیسی با شدت زیاد ایجاد کنند. جریان نصف النهار در سطح خورشید توده های بزرگی را از استوا تا قطب ها حمل می کند (75٪ از جرم خورشید هیدروژن است ، حدود 25٪ هلیوم است و سهم سایر عناصر نیز کمتر از 0.1٪ است). در قطب ها ، این جریان ها درون لامپ قرار می گیرند و یک ماده ضد ماده داخلی ماده را تشکیل می دهند. به دلیل این گردش پلاسما شارژ ، مولد جریان مستقیم مغناطیسی خورشیدی کار می کند. در سطح خورشید سرعت جریان در امتداد نصف النهار حدود 20 متر در ثانیه است. در اعماق خورشید ، چگالی ماده بسیار بیشتر است و بنابراین سرعت جریان معکوس به 1-2 متر در ثانیه کاهش می یابد. این جریان آرام حدود بیست سال مواد را از قطب به استوا منتقل می کند.

نظریه "دینام خورشیدی" در دست توسعه است و به داده های تجربی جدید نیاز دارد. تاکنون ، محققان هرگز به طور مستقیم لحظه برگشت قطبش مغناطیسی خورشید را مشاهده نکرده اند. امروزه فضاپیمای اولیس می تواند دانشمندان را قادر به آزمایش مدلهای نظری و کسب اطلاعات منحصر به فرد کند.

اولیس محصول همکاری های بین المللی بین آژانس فضایی اروپا و ناسا است. این دستگاه در سال 1990 برای مشاهده منظومه شمسی در بالای مدار مداری سیارات پرتاب شد. او با گذر از قطب جنوب خورشید ، اکنون دوباره به زمین می افتد تا در قطب شمال خود بیفتد و بدست آید اطلاعات جدید... این کشتی در سالهای 1994 و 1996 در طی فعالیت کم خورشیدی روی قطب های خورشید پرواز کرد و چندین کشف مهم درباره اشعه کیهانی و باد خورشیدی انجام داد. مأموریت نهایی این پیشاهنگ گشت اکتشاف خورشید در طی دوره فعالیت حداکثر خواهد بود که داده هایی از چرخه کامل خورشیدی را در اختیار شما قرار می دهد. اطلاعات مربوط به فضاپیمای خورشیدی اولیس در http://ulysses.jpl.nasa.gov آورده شده است.

تغییرات مداوم محدود به منطقه فضایی در نزدیکی ستاره ما نیست. میدان مغناطیسی خورشید منظومه شمسی ما را به یک "حباب" غول پیکر محدود می کند که به اصطلاح هلیوسفر تشکیل می شود. این محدوده از 50 تا 100 واحد نجومی (1 AU \u003d 149 597 871 کیلومتر ، میانگین فاصله از زمین تا خورشید) فراتر از مدار پلوتون است. هر چیزی که درون این کره زمین است منظومه شمسی و سپس - فضای بین ستاره ای در نظر گرفته می شود.

استیو سوس ، اخترفیزیکولوژیست دیگر در مرکز پرواز فضایی مارشال توضیح می دهد: "این سیگنال که میدان مغناطیسی خورشید معکوس شود از طریق میکروسفر به وسیله باد خورشیدی منتقل می شود. خورشید می چرخد." با ایجاد یک انقلاب هر 27 روز یکبار ، میدانهای مغناطیسی در خارج از لامپ شکل یک مارپیچ Archimedes را تشکیل می دهند. شکل پیچیده آنها به ما اجازه نمی دهد تا از قبل تأثیر وارونگی میدان مغناطیسی را بر رفتار هلیوسفر پیش بینی کنیم. "

مغناطیس کره زمین ساکنان این سیاره را از باد خورشیدی محافظت می کند. شعله های خورشیدی همراه هستند طوفان مغناطیسی و شفق شمالی که می توان در آلاسکا ، کانادا ، نروژ و مناطق شمالی کشور ما مشاهده کرد. اما اتصالات خورشیدی و فرآیندهای موجود در کره زمین ارتباطات کمتری آشکار دارند. به ویژه ، خاطرنشان شد که لرزه نگاری زمین با عبور از حداکثر فعالیت خورشید افزایش می یابد و ارتباطی بین زمین لرزه های قوی و خصوصیات باد خورشیدی برقرار شد. شاید این شرایط سری زمین لرزه های فاجعه آمیز را که پس از قرن جدید در هند ، اندونزی و السالوادور اتفاق افتاد ، توضیح دهد.

میدان مغناطیسی توسط ایده های مدرن در داخل خورشید در منطقه همرفت خود ، که مستقیماً در زیر سطح خورشیدی قرار دارد (فتوسفر) واقع شده است. نقش میدان مغناطیسی در پویایی فرآیندهای رخ داده در خورشید بسیار زیاد است. ظاهراً این کلید برای کلیه پدیده های فعال در جو خورشیدی از جمله شعله های خورشیدی است. می توان گفت که اگر خورشید یک میدان مغناطیسی نداشت ، می توانست یک ستاره بسیار کسل کننده باشد.

بسیاری از اشیاء مشاهده شده در خورشید نیز منشاء آنها را مدیون میدان مغناطیسی هستند. به عنوان مثال ، لکه های خورشید مکانهایی هستند که حلقه های مغناطیسی غول پیکر که از قسمت داخلی خورشید بیرون می آیند ، روی سطح خورشید نفوذ می کنند. به همین دلیل است که گروه های آفتابگردان ، به طور معمول ، از دو منطقه با قطبیت مغناطیسی مختلف - شمال و جنوب تشکیل شده اند. این دو منطقه با پایه های مخالف لوله مغناطیسی شناور مطابقت دارند. چرخه خورشیدی همچنین نتیجه تغییرات چرخه ای در میدان مغناطیسی است که در فضای خورشیدی رخ می دهد. برجستگی ها ، که به نظر می رسد در خالی بالای سطح خورشید شناور است ، در واقع توسط خطوط میدان مغناطیسی که با آن نفوذ می کنند پشتیبانی می شوند. سرانجام ، بسیاری از اشیاء مشاهده شده در تاج ، به ویژه جریان دهنده ها و حلقه ها ، به سادگی با شکل خود توپولوژی میدان های مغناطیسی اطراف را تکرار می کنند.

اندازه گیری میدان های مغناطیسی

میدان مغناطیسی بر حرکت ذرات باردار در داخل آن تأثیر می گذارد. به همین دلیل ، الکترونهایی که هر اتمی را تشکیل می دهند که در اطراف هسته در یک جهت می چرخند ، به یک میدان مغناطیسی برخورد می کنند ، انرژی خود را افزایش می دهند ، در حالی که الکترون های در حال چرخش در جهت دیگر ، انرژی خود را کاهش می دهند. این اثر (اثر Zeeman) منجر به تقسیم خطوط انتشار اتم به چندین مؤلفه می شود. اندازه گیری این تقسیم باعث می شود تا میزان و جهت میدان مغناطیسی روی اشیاء دورتر از ما که برای تحقیقات مستقیم مانند خورشید غیرقابل دسترسی هستند ، تعیین شود. روشهای مدرن اندازه گیری ها می توانند با دقت بالا زمینه را در سطح خورشیدی تعیین کنند ، اما غالباً هنگام اندازه گیری میدان سه بعدی در تاج خورشیدی بی قدرت هستند. در این حالت ، از روشهای ویژه ریاضی برای بازسازی تصویر کامل سه بعدی میدان از اندازه گیری های سطح استفاده می شود.

پیش بینی هوای فضایی

دانستن ماهیت میدان مغناطیسی خورشیدی و رفتار آن باعث می شود پیش بینی های مطمئن تری از هوای فضا انجام شود. در حال حاضر ، برخی از نشانه های غیرمستقیم مبنی بر بروز شعله ور در منطقه فعال وجود دارد. با این حال ، پیش بینی های طولانی مدت ، مانند ، برای مثال ، پیش بینی مدت زمان چرخه خورشیدی آینده ، هنوز هم بسیار نادرست هستند و مبتنی بر مدل های بدنی دقیق نیستند ، بلکه در جستجوی انواع مختلف وابستگی های تجربی هستند. با این حال ، ما امیدواریم که در آینده نزدیک بتوانیم خورشید را به خوبی درک کنیم تا از فعالیتهای آینده خود الگو بگیریم و هوا را به همان روشی که اکنون هوا روی زمین پیش بینی شده است پیش بینی کنیم.

لکه های آفتاب بارزترین نمونه های فرآیندهای غیر ثابت در خورشید را برای ما فراهم می کنند. اول از همه ، این پیشرفت سریع آنها است. گاهی اوقات دو یا سه روز کافی است تا یک لکه بزرگ خورشید یا گروه بزرگی از لکه های آفتاب در مکانی "تمیز" در فضای عکس ایجاد شوند. به عنوان یک قاعده ، هرچند ، توسعه آنها کندتر و سریع است گروه های بزرگ در 2-3 هفته به حداکثر می رسد. لکه ها و گروه های کوچک طی یک هفته ظاهر می شوند و از بین می روند ، در حالی که موارد بزرگ برای چند ماه وجود دارد. یک نقطه شناخته شده است که به مدت 1.5 سال وجود داشته است. هنگامی که لکه ای ظاهر می شود ، هنگامی که قسمت پایین آن هنوز کوچک است ، همان گرانول فتوشیمیایی (Hansky ، Thyssen) در آن قابل مشاهده است ، که در پیشرفتهای بعدی ظاهر فیبری ایجاد می کند. الیاف بسیار پایدار از گرانول هستند. هنگامی که یک نقطه گرد به شکل منظم به لبه خورشیدی نزدیک می شود ، در طرح ریزی توسط ما مشاهده می شود و قطر آن در جهت شعاع دیسک خورشیدی بسیار کاهش می یابد (به تناسب ؛ شکل 8 را ببینید). در این حالت ، اغلب به اصطلاح اثر ویلسون مشاهده می شود ، که شامل این واقعیت است که penumbra نقطه از سمت لبه دیسک به وضوح قابل مشاهده است ، و از سمت رو به مرکز دیسک به شدت کاهش می یابد. این پدیده امکان جذب هندسی یک لکه خورشید را به یک افسردگی غول پیکر با دیوارهای مخروط مخروط می دهد. اما همه نقاط این موضوع را آشکار نمی کنند.

معمولاً گروهی از لکه های خورشید در طول طول هلیوگرافی (در موارد استثنایی - تا 20 درجه و بیشتر) کشیده می شوند. در عین حال ، اغلب دو بزرگترین لکه های خورشید با ضربات جداگانه غالباً در یک گروه مشخص می شوند که حرکات کمی متفاوت در سطح خورشید دارند. نقطه شرقی به نقطه اصلی گفته می شود ، غربی آن نقطه غربی است. چنین تمایل به شکل جفت اغلب در لکه های آفتابی جداگانه مشاهده می شود که گروه هایی با تعداد زیادی لکه های ماهواره ای کوچک تشکیل نمی دهند.

شکل: 38. ساختار گردابی لکه ها در گروه دو قطبی. جهت گرداب مخالف است. (طیف سنج در پرتوهای سدیم)

مشاهدات از سرعت شعاعی در امتداد خطوط طیفی مختلف در نقاط مختلف خورشید و از زاویه دید مختلف تا آنجا ، نشانگر وجود حرکات قوی (حداکثر 3 کیلومتر در ثانیه) در آلت تناسلی آفتاب - پخش ماده در قسمتهای عمیق آن و جاری شدن ماده در ارتفاع زیاد است. حالت دوم توسط ساختار گرداب قابل مشاهده در بالای نقاط موجود در طیف سنجها در پرتوهای تأیید شده است. جهت این گردابها در نیمکره جنوبی و شمالی خورشید برعکس است و در نقاط تک نشان دهنده جریان ماده مطابق با چگونگی انحراف آن توسط نیروی کوریولیس را نشان می دهد.

معمولاً دیگر حرکات سیستماتیک در لبه خارجی آلت مشاهده نمی شود.

همانطور که گفته شد ، لکه های آفتاب دارای میدان مغناطیسی قوی هستند. شدت 1000-2000 Oe معمولی است و در یک گروه در اواخر فوریه 1942 ، شدت 5100 Oe اندازه گیری شد. مطالعات دقیق درباره توزیع جهت و استحکام میدان مغناطیسی در داخل لکه های خورشیدی نشان داد که در مرکز خورشیدی خطوط میدان مغناطیسی در امتداد محور خورشید اجرا می شوند. یا پایین) ، و با فاصله تا حاشیه لکه های خورشید ، بیشتر و بیشتر از حالت عادی به سطح منحرف می شوند ، تقریباً در حدود 90 درجه در لبه آلت. در این حالت ، قدرت میدان مغناطیسی از حداکثر به تقریباً صفر کاهش می یابد.

شکل: 39. تغییر در عرض جغرافیایی میانی و قطبیت مغناطیسی لکه های آفتاب در چرخه های متوالی فعالیت خورشیدی

هرچه نقطه بزرگتر باشد ، به عنوان یک قاعده ، میدان مغناطیسی آن قوی تر است ، اما وقتی یک نقطه بزرگ با رسیدن به حداکثر اندازه خود شروع به کاهش می کند ، قدرت میدان مغناطیسی آن بدون تغییر باقی می ماند و کل شار مغناطیسی به نسبت ناحیه نقطه کاهش می یابد. این را می توان تفسیر کرد که گویی لکه تنها باعث حذف میدان مغناطیسی در خارج می شود ، که مدت طولانی در زیر سطح وجود دارد. این امر همچنین تأیید می کند که غالباً میدان مغناطیسی پس از ناپدید شدن لکه ناپدید نمی شود ، اما در آنجا به وجود خود ادامه می دهد و با ظاهر جدید لکه در همان منطقه دوباره تقویت می شود. وجود مزارع شعله ور دائمی در اینجا حاکی از وجود مناطق فعال پایدار در این مناطق است.

در گروه هایی که دارای دو نقطه بزرگ هستند ، نقاط پیشرو و بعدی دارای قطب مغناطیسی متضاد هستند (شکل 38 و 39) ، که نام چنین گروه هایی را توجیه می کند - دو قطبی ، بر خلاف گروه های تک قطبی ، که شامل نقاط تک است. گروه های پیچیده ای وجود دارند که در آنها نقاط هر قطب به طور تصادفی با هم مخلوط می شوند. در هر چرخه فعالیت خورشیدی ، قطبهای نقاط پیشرو و بعدی در نیمکره شمالی و جنوبی بر خلاف یکدیگر قرار دارند.

بنابراین ، اگر در نیمکره شمالی خورشید قطبی از لکه های آفتاب پیشرو شمالی (N) و دیگری بعدی جنوبی (S) باشد ، در همان زمان در نیمکره جنوبی قطب قطعه خورشید پیشرو S است ، و دیگری بعدی N. در آن لکه های آفتاب نادر است که با خط استوا عبور می کنند. ، قطب نیمی از نیمه شمالی و جنوبی برعکس است. اما با پایان چرخه فعالیت خورشیدی ، هنگامی که حداقل آن عبور می کند ، در هر نیمکره ، توزیع قطب مغناطیسی در لکه های آفتاب گروه دو قطبی به آنچه در چرخه قبلی در نیمکره مخالف بود تغییر می کند. این واقعیت مهم در سال 1913 توسط هیل و همكاران نصب شد.

اگرچه میدان مغناطیسی موضعی خورشید بسیار قوی است ، اما میدان مغناطیسی عمومی آن بسیار ضعیف است و تنها با دشواری در برابر پس زمینه مزارع محلی فقط در سالهای کمینه آفتاب ایستادگی می کند. علاوه بر این ، بی ثبات است. در سالهای 1953-1957 ، شدت آن با قطر با القایی 1 G مطابقت داشت ، این علامت بر خلاف علامت میدان مغناطیسی زمین بود و محور دو قطبی با محور چرخش همزمان بود. در سال 1957 ، نشانه این میدان در مناطق قطبی جنوبی خورشید و در پایان سال 1958 - در مناطق شمالی به نقطه مقابل تغییر یافت. آخرین تغییر در نشانه میدان در سالهای 197-1770 مشاهده شد.

تغییر قطب مغناطیسی لکه ها با پایان چرخه خورشیدی تنها نشانه پایان چرخه نیست. لکه های خورشید به ندرت از استوا تشکیل می شوند. منطقه مورد نظر آنها در عرضهای هلیوگرافی از 1-2 درجه تا 30 درجه در هر دو نیمکره قرار دارد. در خود استوا ، لکه ها نادر هستند و همچنین در عرض جغرافیایی بالاتر از 30 درجه. اما این تصویر ویژگی تغییر در زمان خود را دارد: اولین نقاط چرخه جدید (بعد از تخیل) به دور از خط استوا ظاهر می شوند (به عنوان مثال ، spot с در 15 مارس 1914 ، از مه 1943 و از اکتبر 1954 ضبط شده است). در حالی که آخرین نقاط چرخه خروجی هنوز در نزدیکی خط استوا مشاهده می شود. در طول اوج چرخه ، نزدیک به حداکثر آن ، لکه های آفتاب را می توان در تمام طولهای هلیوگرافی بین 45 تا 45+ درجه یافت (گروهی از لکه های خورشیدی حتی با عرض جغرافیایی + 50 درجه شناخته شده است ، که در ژوئن 1957 در طول حداکثر فعالیت خورشیدی مشاهده شده است) ، اما عمدتا بین 5 تا 20 درجه است. بنابراین ، با توسعه چرخه 11 ساله فعالیت خورشیدی ، میانگین عرض هلیوگرافی لکه های آفتاب به طور پیوسته کاهش می یابد ، و لکه های جدید خورشید به استوا نزدیکتر و نزدیک تر می شوند (شکل 39). این الگوی برای اولین بار در سال 1858 توسط کارینگتون تأسیس شد و بعضاً قانون اسپیرر نامیده می شود (گرچه دومی 10 سال بعد آن را تأسیس کرد).

بنابراین ، اگر با یک دوره منظور کنیم یک دوره زمانی است که طی آن تمام خصوصیات تغییر کرده و به حالت اولیه خود بازگردند ، دوره واقعی فعالیت خورشیدی نه 11 سال بلکه 22 سال است. جالب اینجاست که برخی از تغییرات حداکثر ارتفاع از طریق چرخه همچنین تناوبی 22 ساله را تأیید می کند. چرخه 80 ساله فعالیت خورشیدی نیز برنامه ریزی شده است. به دلایل داخلی ، فعالیت خورشیدی با مدت زمان مشخصی حدود یک قرن بسیار متفاوت است.

بنابراین ، بین سالهای 1645 و 1715. تقریباً هیچ لکه آفتابی روی خورشید وجود نداشت ، و گروه فقط یک بار ظاهر شدند. این حداقل به اصطلاح Maunder است. حداقل یکی دیگر ، حداقل Spöhrer بین 1410 و 1510 بود. برعکس ، قرون وسطایی بین سالهای 1120 تا 1280 است. بسیار پرانرژی بود ، مثل موردی که اکنون در حال تجربه آن هستیم. تغییرات توصیف شده با نوسانات میانگین دمای سالانه در انگلیس در دمای 1 درجه سانتیگراد همراه بود.

در سالهای اخیر ، تئوری ساختار خورشید و پدیده های روی آن پیشرفت زیادی داشته است. به طور خاص ، بر اساس آزمایش های آزمایشگاهی با پلاسما ، به این نتیجه رسیدند که میدان های مغناطیسی روی خورشید نقش بسیار مهمی در پدیده های مشاهده شده بر روی آن ایفا می کنند.

واکنشهای هسته ای در هسته خورشید اتفاق می افتد ، جایی که درجه حرارت بسیار بالا است - 16 میلیون درجه. شعاع این منطقه ، جایی که انرژی در اثر واکنشهای هسته ای ایجاد می شود ، ظاهراً حدود 200000 کیلومتر است. با فاصله از مرکز خورشید ، درجه حرارت به سرعت کاهش می یابد - برای هر کیلومتر 20 درجه. در این منطقه ، انرژی تابشی توسط پرتوی منتقل می شود. قبل از رسیدن یک دهم شعاع به فتوسفر ، درجه حرارت آرامتر کاهش می یابد و همرفت در انتقال انرژی به صورت افزایش عمودی گازهای گرم و سقوط گازهای سرد شرکت می کند. مخلوطی از ماده وجود دارد که با این وجود از جهات مختلف ناهموار است.

در فتوسفر ، اتمهای هیدروژن اکثراً خنثی هستند ، در کروموسفر که یک لایه گذار است ، آنها یونیزه می شوند و یونیزاسیون کامل در تاج رخ می دهد. ضخامت فتوسفر تنها 200-300 کیلومتر است ، یعنی تقریباً V300 شعاع خورشیدی. بنابراین ، جو خورشید از پلاسما تشکیل شده است - ترکیبی از یونها و الکترونهای آزاد. کروموسفر که صدها هزار بار کمتر از فضای عکس متراکم است ، به درون تاج می گذرد. با توجه به تابش با انرژی ساطع شده توسط فتوسفر ، در دمای 6000 درجه ، دماسنج موجود در کروموسفر 5000 درجه و حتی در تاج نیز کمتر نشان می دهد. ذرات گاز کمیاب از کروموسفر و تاج باعث می شود دماسنج به ندرت برخورد کند و آنها نتوانند آن را گرم کنند. اما سرعت حرکت ذرات در کروموسفر و تاج بسیار زیاد است. مشخص است که می توان درجه حرارت یک گاز را با انرژی جنبشی ذرات آن اندازه گیری کرد. این دمای به اصطلاح جنبشی است. در فتوسفر ، دمای تابش و دمای جنبشی با یکدیگر مطابقت دارند ، اما در کروموسفر و تاج آنها به شدت متفاوت هستند - در کروموسفر دمای جنبشی ده ها هزار درجه و در تاج - حدود یک میلیون درجه است.

"گرم شدن" کروموسفر به دلیل انرژی امواج منتشر شده در آن ، که با حرکت گرانول ها در فتوسفر ایجاد می شود ، رخ می دهد. در تاج که تا 10 شعاع خورشیدی امتداد دارد ، تعداد اتمها در 1 سانتی متر 3 برابر 100 میلیارد برابر کمتر از تعداد مولکولهای موجود در 1 سانتی متر 3 هوا در سطح زمین است. با همان چگالی هوا ، در لایه اطراف خورشید ماده کافی وجود خواهد داشت ، ضخامت آن فقط چند میلی متر است. اصلی "انتشار رادیو خورشید در آن بوجود می آید." با همان شدت تاج ، بدن گرم شده به همان اندازه در دمای یک میلیون درجه از خود ساطع می شود و چنین درجه حرارت جنبشی همانطور که دیدیم لازم است و خطوط روشن فلزات یونیزه شده چند برابر در طیف تاج مشاهده می شود.

بررسی اثر متقابل میدان مغناطیسی و پلاسما نشان داد که پلاسما به عنوان یک کل تحت تأثیر حرکت در امتداد خطوط میدان مغناطیسی قرار نمی گیرد. هنگامی که ذرات دارای بار الکتریکی در خطوط میدان حرکت می کنند (به عنوان مثال ، هنگامی که جریان جریان می یابد) ، یک میدان مغناطیسی اضافی بوجود می آید. اضافه شدن این میدان های مغناطیسی باعث انحنای و کشیدگی خطوط نیرو به دنبال حرکت ماده می شود. در همین حال ، خطوط مغناطیسی نیرو دارای تنشی است که تمایل به صاف کردن آنها دارد. این فشار مغناطیسی ایجاد می کند ، و این میدان ، مانع از عبور پلاسما از خطوط نیرو ، آن را کند می کند و حتی اگر میدان قوی باشد ، می تواند آن را بکشید. اگر ضعیف باشد ، پلاسما خطوط نیرو را با خود حرکت می دهد. بنابراین ، در همه موارد می توان گفت که خطوط نیرو ، مانند گذشته ، "منجمد" به پلاسما هستند.

این اطلاعات و همچنین اندازه گیری های منظم از قدرت میدان مغناطیسی در نقاط مختلف خورشید باعث شده است تا به توضیح بسیاری از پدیده های موجود در آن نزدیک شویم.

میدان مغناطیسی کلی خورشید بسیار ضعیف است ، اما به نظر می رسد نقش بزرگی را ایفا می کند. پرتوهای تاج ، به ویژه در مناطق قطبی خورشید ، مانند خطوط نیرویی قرار دارند که بیرون می آیند و در قطب های یک توپ مغناطیسی قرار می گیرند. تغییر جهت میدان در هر نیمکره خورشید از یک چرخه خورشیدی به بعد نیز بسیار مهم است. دلیل این تغییر هنوز مشخص نیست ، اما ستاره هایی با میدان مغناطیسی بسیار قدرتمند شناخته شده اند ، که در آنها قطبیت این میدان نیز بطور دوره ای تغییر می کند.

هنگامی که خورشید می چرخد \u200b\u200b، سریعترین لایه ها (استوایی) در امتداد خطوط نیرو میدان ضعیف عمومی خورشید قرار دارند که در آنها "یخ زده" است. این خطوط در طول سه سال شش بار در زیر فتوسفر و باد دور خورشید می کشند و یک مارپیچ محکم تشکیل می دهند. اگر خطوط نیرو در کنار هم قرار بگیرند ، به این معنی است که کل میدان مغناطیسی خورشید (و در اینجا تحریف شده) افزایش یافته است.

به قطبها نزدیکتر است ، خطوط نیروی میدان عمومی از عکس به سمت بالا پدیدار می شوند ، و بنابراین زمینه در اینجا تقویت نمی شود. با این حال ، در خود استوا ، جایی که سرعت زاویه ای چرخش در یک منطقه خاص کمی تغییر می کند ، میدان نیز افزایش نمی یابد ، و در عرض های جغرافیایی + 30 درجه ، جایی که سرعت چرخش به سرعت تغییر می کند ، پیشرفت میدان حداکثر است. بنابراین ، در زیر عکس ، شباهت های لوله های خطوط میدان چگالش شکل می گیرد. فشار گاز موجود در آنها به فشار میدان مغناطیسی ، عمود بر خطوط آن اضافه می شود. گاز موجود در "لوله" مثل گذشته سبکتر شده و می تواند "به سمت بالا" شناور شود. در این مکان ، که به سطح آن نزدیک می شود ، افزایش میدان مغناطیسی روی خورشید مشاهده می شود ، و سپس ظاهر یک مشعل ، و در پشت آن میدان مشعل ها است. گازهای گرم آنها نسبت به مکانهای همجوار در عکسها افزایش می یابد ، زیرا میدان مغناطیسی ضعیف در اطراف آنها حرکات متلاطم کوچک را کاهش می دهد که تمایل به کند کردن جریان گازهای فرار گرم دارند. گرمایش نیز در بالای مشعلهای موجود در کروموسفر رخ داده و لکه های داغ ظاهر می شوند. سرانجام ، درخشش روشن تر از بالای فلوکول های تاج شروع می شود. اینگونه است که منطقه فعال در خورشید توسعه می یابد. صعود به سطح و عبور از آن ، لوله با خطوط متراکم نیرو تقویت کننده های موضعی میدان مغناطیسی را تشکیل می دهد و لکه های خورشید ظاهر می شود. آنها دمای پایین به دلیل این واقعیت است که یک میدان مغناطیسی بسیار قوی در این منطقه نه تنها تلاطم بلکه حرکات همرفتی قوی را سرکوب می کند. بنابراین ، در اینجا جریان ورود گازهای گرم از زیر متوقف می شود ، در حالی که در اطراف نقطه ، در ناحیه مشعل ها و فلاکول ها ، انتقال توسط یک میدان مغناطیسی ضعیف تقویت می شود ، زیرا باعث تلاطم ضعیف می شود و در آنجا جریان ورود گازهای داغ از زیر تسهیل می شود. مشخص است که تقاطع لوله خمیده با این سطح در دو مکان باعث ایجاد قطب مغناطیسی متضاد در دو نقطه اصلی می شود. خروج لوله از فتوسفر و پراکندگی خطوط آن منجر به تکه تکه شدن و ناپدید شدن دو نقطه اصلی می شود که از محل تلاقی لوله شار با سطح خورشید تشکیل شده است. خروج خطوط نیروی لوله به داخل کروموسفر و تاج کمیاب ، جایی که فشار گاز کمتر از فشار میدان مغناطیسی است ، به این واقعیت منجر می شود که خطوط واگرا می شوند ، حلقه ها و قوس ها را تشکیل می دهند.

بتدریج مناطق فعالیت با لوله های مغناطیسی که آنها را در قسمت شرقی تولید می کنند ، لکه هایی با قطبهای مقابل آن را که در ابتدای چرخه در این قطب خورشید قرار داشت ، تشکیل می دهند. این امر ابتدا باعث خنثی شدن میدان مغناطیسی عمومی سابق می شود و سپس ، سه سال قبل از پایان چرخه 11 ساله فعالیت خورشیدی ، زمینه کلی قطبیت متضاد را ایجاد می کند.

پس از 11 سال ، تصویر قبلی از قطب های این رشته عمومی بازسازی می شود.

بنابراین ، در ویژگی های اصلی آن ، ظاهراً توضیحی صحیح (داده شده توسط Babcock) حاصل می شود ، دوره دوره 22 ساله فعالیت خورشیدی.

شعله های کروموسفر روی خورشید در نزدیکی نقاط خنثی میدان مغناطیسی در مناطق فعال شکل می گیرند ، جایی که ولتاژ میدان با فاصله از این نقاط به سرعت افزایش می یابد. در اینجا ، فشرده سازی بسیار سریع میدان مغناطیسی همراه با پلاسما که در آن "یخ زده" اتفاق می افتد ، و انرژی میدان مغناطیسی به تابش گاز تبدیل می شود. پلاسما به یک رشته نازک فشرده می شود و دمای آن به شدت بالا می رود - تا چند ده هزار هزار درجه. تراکم کروموسفر در اینجا صدها هزار بار در عرض چند دقیقه افزایش می یابد.

علاوه بر افزایش بسیار زیاد دما و همراه با اشعه ، به خصوص اشعه ماوراء بنفش و اشعه ایکس ، شعله کروموسفری نیز به اصطلاح پشت سر هم انتشار رادیو تشکیل شده است. در طول موج ، دومی تا دهها میلیون بار تقویت می شود.

منبع انتشار این رادیو از کروموسفر به تاج با سرعت حدود 1000 کیلومتر در ثانیه حرکت می کند. احتمالاً در نتیجه بیرون آمدن پرتوهای کیهانی ناشی از شعله ور شدن ، و بمباران پلاسما با این پرتوهای ، که باعث نوسانات پلاسما می شود ، باعث ایجاد پشت سر هم انتشار رادیو می شود.

پرتوهای مشاهده شده در تاج ظاهراً توسط این جریان از ذرات سریع و با بار الکتریکی تولید می شوند و خطوط نیروی میدان مغناطیسی را می کشند. هم این زمینه و هم پلاسما تاج ، جریان ذرات را کند می کنند ، اما برخی از آنها از جو خورشید فرار می کنند و با قرار گرفتن در جو زمین ، شفق قطبی تولید می کنند. تغییر تصویر میدان مغناطیسی خورشیدی از حداقل فعالیت آن به حداکثر ، تغییراتی در شکل تاج را تعیین می کند ، که قبلاً در مورد آنها صحبت کردیم.

بسیاری از برجستگی ها ، مانند پرتوهای تاج ، ناشی از حرکت گاز در امتداد خطوط نیرو است ، به همین دلیل ، به عنوان مثال ، آنها در امتداد یک مسیر قوس الکتریکی بیرون کشیده می شوند و آنها را "به پایین" می چرخانند تا به سطح خورشید بازگردند. ظاهرا ، برجستگی ها عمدتاً در مناطقی از تغییرات صاف در میدان مغناطیسی قرار دارند. ظهور لومنس برجستگی ها به طور ناگهانی در بالای صفحه ، و سپس حرکت آنها فقط به سمت پایین ، ظاهراً ناشی از فرآیندهای شبیه به مواردی است که توسط شعله های کروموسفری داده می شود ، اما تیزتر است. فشرده سازی میدان مغناطیسی منجر به فشرده سازی گاز نسبتاً سرد ، به افزایش تراکم آن و درخشش می شود.

اینها ویژگیهای اصلی نظریه مدرن ، عمدتاً مغناطیسی گاز پدیده های خورشیدی است.