М. Х. Турсунов
25.04.2012 г.

  На главную раздела "Научные работы"





          Краткая история прогнозов солнечной активности. Отправным пунктом для наших работ по прогнозам солнечной активности была книга Ю. И. Витинского «Солнечная активность» [51, гл. 4]. После тщательного изучения заключительной части книги мы пришли к выводу, что вопрос о прогнозах остаётся открытым к 1983 году. Публикуемые в “Solar-Geofisical Data prompt reports” [71] прогнозы среднемесячных чисел Вольфа на каждый будущий год представляют собой идеальную плавную дугообразную диаграмму без перепадов и всерьёз принятыми быть не могут.

          Первый этап — прогноз солнечной активности на 1989-90 гг. Наилучшим способом доказать правомочность выдвинутой концепции был, естественно, прогноз солнечной активности на ближайшее время с последующей проверкой достоверности путём сопоставления с наблюдаемыми данными.

          Методика построения первых прогнозных диаграмм была основана на определении удельных перепадов чисел Вольфа на единицу изменения магнитного потока (0,001 Гс). Она была основана на принципе пропорциональности, т. е. на большее изменение магнитного потока соответствовало большее изменение чисел Вольфа.

          Первая попытка в этом направлении началась составлением графиков зависимости чисел Вольфа (W) и площадей пятен (S) от изменений суммарного магнитного потока (Р) по среднегодовым показателям за имеющиеся в нашем распоряжении в 1988 г. 29 лет, т. е. 1955-1983 гг. (рис. 31).

Пример изображенияРис. 31. Графики зависимости среднегодовых значений
солнечной активности от изменений общего магнитного
потока Юпитера, Земли и Меркурия (Р):
а — числа Вольфа (W),
б — площади пятен (S, в единицах млн долей площади
полусферы Солнца).
Пример изображения;
Пример изображения;
Пример изображения
[37, с. 82].

 
          Судя по распределению точек, во-первых, нет никаких преимуществ между W и S, во-вторых, несмотря на наличие общей зависимости из-за большого разброса точек в качестве основы для прогноза не годится. Кроме того, нам нужны были среднемесячные показатели, имеющие значения чисел Вольфа более 250, тогда как диаграмма учитывает диапазон не более W = 200.

          Поскольку диаграмма активности на рис. 23 состоит из трёх свойственных Юпитеру, Земле и Меркурию аномалий амплитуд, решено было дать отдельную оценку степени участия каждой из планет.

          По трём циклам Юпитера минимальные числа Вольфа находятся в пределах 10-20, а максимумы равны 150, 187, 195. Поскольку их средние значения колеблются от 15 до 177, то средний диапазон изменений равен Пример изображения. Соответствующий им диапазон изменений магнитного потока составляет Пример изображения = 0,171 – 0,141 = 0,030 Гс. Разделив первое на второе, определим удельное изменение W = 5,4 на Р = 0,001 Гс/
Пример изображения.

          Размах трёхмесячных и годичных колебаний, соответствующих влиянию Меркурия и Земли, трудно отделить друг от друга, т. к. в зависимости от взаимного расположения планет их влияние в той или иной степени компенсируется между собой. Но их общее удельное влияние можно было подсчитать, как нам казалось, приняв за основу максимальный годичный размах, соответствующий резонансному совпадению колебаний двух порядков (например, за 1978 г.), что составит
Пример изображения .

          Тогда удельная активность будет
 
Пример изображения

на  Пример изображения.

          С учётом возможного предельного смещения между Землёй и Меркурием, а также приблизительности расчётов за среднюю удельную величину активности можно принять

Пример изображения.

          Отсюда, в первом грубом приближении, можно составить график зависимости W от P.

          Поскольку среднемесячный магнитный поток за рассматриваемый 29-летний период составляет Пример изображения, приняв за минимальный предел чисел Вольфа W = 0, а за максимальный — W = 5•(0,528–0.458)=350, для практических нужд прогнозирования было решено составить приближённый график (рис. 32).

Пример изображенияРис. 32. График зависимости W от Р
на уровне поверхности Солнца
по среднемесячным данным.


          Далее была составлена диаграмма прогнозных на 1989 год чисел Вольфа (рис. 17) [37]. Вскоре прогноз такого же уровня был сделан на 1990 год с последующим сопоставлением с наблюдаемыми данными (рис. 33).

Пример изображенияРис. 33. Сопоставление прогнозных (1)
и наблюдаемых (2) чисел Вольфа за 1990 г.


          После всех фактов и рассуждений, изложенных выше, у нас появилась уверенность, что хорошо подтверждаемые прогнозы среднемесячных показателей солнечной активности — дело недалёкого будущего.

          Удивительным для нас за этот период оказалось систематическое расхождение между прогнозными и фактическими показателями за первые месяцы года (имеется в виду противоположность перепадов). Это говорило о том, что причиной такого расхождения может быть только влияние Земли. Вторая особенность расхождений заключалась в меньшей контрастности перепадов прогнозных показателей по сравнению с фактическими, что, безусловно, нас совершенно не волновало как погрешность, т. к. для исправления этого расхождения достаточно изменить крутизну графика (рис. 32). На этом закончился первый этап работ по прогнозам.

          Второй промежуточный этап. Чтобы показать практическую ценность проделанной работы, после долгих поисков нам удалось найти потребителя, был заключен договор на разработку и внедрение методики прогнозирования в числе «Всесоюзного научно-исследовательского центра эниологии и эниотехники» (ВНИЦЭТ) при «Союзе научных и инженерных обществ» (СНИО), находящихся в ведении «Комитета по чрезвычайным ситуациям» СССР. (ЭНИО — энергоинформационный обмен). Наконец, был получен творческий отпуск, которого автор добивался в течение ряда лет, и в 1991 году по договору с ВНИЦЭТом была разработана методика прогнозирования среднемесячных показателей солнечной активности. В процессе работы были установлены новые закономерности, свойственные конкретным планетам (рис. 34), написан отчёт [72], защищён и получен акт внедрения.

          Ещё в 1988 г. у нас возникло подозрение о возможном влиянии Луны на колебания солнечной активности, т. к. особенно в годы минимумов достаточно чётко вырисовывался приблизительно месячный период [37, с. 63]. Но поскольку при повышении активности период этот мог сокращаться, а поведение системы Земля + Луна остаётся прежним, было решено исключить на всякий случай фактор Луны и принять за прогнозную единицу лунный месяц.

          Ещё одно отступление напрашивалось само собою, а именно переход от магнитного потока (Р) к радиусам-векторам (r), ибо, поскольку все остальные условия оставались неизменными, активность Солнца являлась функцией только лишь расстояния между Солнцем и планетами. Немаловажен был также выигрыш во времени.

          Предполагая, что определённое расстояние планеты от Солнца должно оказывать повторяемое каждый раз практически одинаковое воздействие на Солнце, ожидалось, что при многократном повторении должна выявиться закономерность зависимости W от r. С этой целью, а также учитывая упомянутую выше форму диаграммы зависимости W от r в виде надвигающейся морской волны было решено распределить среднелунномесячные числа Вольфа по положению планеты на орбите за один период.

Пример изображения Рис. 34. Характеристические диаграммы
среднемесячных перепадов солнечной
активности по данным за 1955-1990 гг.
а — Меркурий, б — Юпитер [72].


          Результаты такой работы оказались неожиданными и внесли жёсткие коррективы в наши теоретические представления.

          Если раньше мы считали, что солнечная активность зависит только от изменения давления магнитного поля планеты при приближении к перигелию и удалении на афелий, и поэтому форма диаграммы за один оборот вокруг Солнца должна быть аналогична полученной для Юпитера (рис. 22), т. е. дугообразной, то теперь оказалось, что они имеют для каждой планеты свою неповторимую форму, причём их симметричность относительно афелия свидетельствовала о наличии закономерной связи между W и r (рис. 34).

          Обработка многолетних накоплений цифрового материала вручную — очень кропотливая работа. Вначале мы были вынуждены и как-то обходились. Но чтобы выявленные закономерности были надёжными и бесповоротными, необходимо было мобилизовать как можно больше цифрового материала. Так возникла необходимость в построении характеристических диаграмм активности путём программирования.

          В результате мы окончательно убедились, что выбранная методология правильна и смогли отсортировать планеты на нужные и ненужные для использования в прогнозировании (рис. 35).

Пример изображения Рис. 35. Картина влияния планет на солнечную активность
по среднелунномесячным данным по наблюдениям
1955-1990 гг.
1 — W, 2 — K; а — Юпитер (диапазоны колебаний W = 23÷232,
при количестве данных для вывода среднего арифметического
К = 3÷15); б — Меркурий (W = 23÷202, К = 19÷32);
в — Земля (W = 98÷164, К = 4÷39); г — Венера (W = 100÷112,
К = 50÷59); д, е — Марс (W = 100÷114, К = 20÷40 и
W = 95÷120, К = 9÷20).


          Наиболее чёткие и убедительные диаграммы принадлежат Юпитеру и Меркурию (степень влияния 90,1 % и 88,6 % соответственно) как планетам, имеющим определяющее значение на колебания солнечной активности: первая — из-за сильного магнитного поля, а возможно, и большой массе при достаточной эллиптичности орбиты; а вторая — из-за большого эксцентриситета орбиты и близости к Солнцу, далее идут Земля (40,2 %), Венера (10,7 %), Марс (20,8 %). Нужно сказать, что мерой степени влияния является диапазон колебаний усреднённых чисел Вольфа за один оборот планеты вокруг Солнца, но критерием надёжности влияния является, в первую очередь, симметричность диаграммы, затем количество участвующих в усреднении данных. По этой причине Венера стоит впереди Марса.

          Поскольку морфология полученных диаграмм для каждой планеты оказалась своеобразной, характерной только для данной планеты (наподобие того, что каждому химическому элементу характерен свой спектр), считаем необходимым кратко прокомментировать их.

          Меркурий. При максимальном приближении к Солнцу погашающее влияние на его активность оказывает, во-первых, давление магнитного поля, во-вторых, сжатие солнечной поверхности кручением за счёт интенсификации процесса гравитационного волочения планеты солнечной поверхностью. После прохождения перигелия Меркурий как бы отбрасывается центробежной силой на афелий. При этом планета движется больше за счёт инерции отбрасывания, нежели за счёт волочения. Значит, падает действие механизма сжатия кручением, а накопившаяся при прохождении перигелия внутренняя энергия Солнца, подавленная двумя вышеупомянутыми механизмами сжатия, теперь после их ослабления вырывается наружу, и активность Солнца быстро возрастает.

          Затем инерциальное движение планеты постепенно затухает, как любое движение по инерции, и ближе к афелию постепенно снова начинает вступать в действие механизм волочения. Соответственно падает активность Солнца. Как только сила тяготения укротит центробежный инерциальный полёт планеты и положит её на траекторию малой дуги своей эллиптической орбиты, волочение снова сменяется инерциальными силами; кроме того, ослабевает давление магнитного поля и повышается активность. Этот процесс почти без изменения повторяется и при приближении планеты к перигелию, хотя здесь механизм отбрасывания, казалось бы, не столь властен.

          Изменчивость и ощутимая величина действующих усилий волочения подтверждается ещё одним фактом, свойственным только Меркурию, а именно смещению перигелия [73, с. 38; 74, с. 235], которое, как мы считаем, происходит из-за близости к Солнцу и высокой степени зависимости планеты от гравитационной связи с солнечной быстровращающейся поверхностью. Иначе говоря, Солнце переносит волочением не только планету, но в некоторой степени и околосолнечное пространство, которое охватывает и орбиту Меркурия (законы И. Кеплера об орбитальном движении планет и общая теория относительности соблюдаются начиная с Венеры и дальше, а для очень близких к центральному гравитирующему телу членов системы они не совсем применимы, т. к. происходит перенос не только планеты по орбите, но и самой орбиты). Это явление на самом деле представляет собой преодоление гравитацией Солнца обычную вязкость пространства [29], растяжение и чрезмерную деформацию пространства в непосредственной близости к поверхности Солнца.

          В случае с Меркурием интересен факт равности продолжительности каждой из арок активности (см. диаграмму) продолжительности лунного (или синодического) месяца. Именно по этой причине у нас было подозрение о влиянии Луны, но имеет ли этот факт физическую основу, нами пока не установлено.

          Юпитер. Для него сохраняется в общем дугообразная форма диаграммы. Судя по этому, как мы полагаем, влияние гравитации через сжатие кручением здесь затушёвывается преобладающим влиянием давления магнитного поля. Тем не менее, заметны на диаграмме два выступа на двух крыльях. Поскольку они расположены симметрично относительно оси симметрии орбиты, случайность исключается. Значит, если бы магнитное поле Юпитера было слабее, то эти «гравитационные горбочки» были бы ещё заметней.

          Земля. Наблюдаемая симметричность в распределении показывает, что диаграмма отражает действительность. Наше мнение, высказанное ещё в 1988 г., получило полное подтверждение [37], ибо, хотя она и обладает сильным магнитным полем, слабая эксцентричность орбиты не позволяет реализовать ей своё влияние. Её влияние выполняет скорее функцию стабилизатора солнечной активности, что обеспечивает планете необходимые жизненные условия. Судя по резкому повышению активности в положении наибольшего удаления планеты, мы уверены, что на обратной от Земли стороне Солнца активность несравненно высока, соответственно высоки скорость и мощность стартующего там солнечного ветра. Это условие следует иметь в виду, посылая пилотируемые космические аппараты далеко от Земли.

          Венера. Наличие как у диаграммы Земли, так и у диаграммы Венеры аналогичных друг другу, хотя и выраженных в разной степени аномалий, соответствующих их положению в афелии, говорит об общей закономерности ослабления как электромагнитного, так и гравитационного влияния планет в подобной обстановке. Действительно, логичность подобного рассуждения не должна вызывать сомнений, ибо это самая удалённая от Солнца зона орбиты каждой из планет. Такие выступы поэтому существуют также у диаграмм Меркурия и Юпитера.

          Как известно, мы до сих пор игнорировали Венеру из-за отсутствия на ней собственного дипольного магнитного поля и считали неспособной повлиять на солнечную активность. Теперь мы убеждены, что не только «магнитные», но и инертные в электромагнитном отношении планеты могут влиять на солнечную активность. С этой точки зрения, гипотеза Вольфа о возможности гравитационного влияния планет на солнечную активность нашла своё подтверждение. Влияние Венеры хотя и очень слабое, но неопровержимое.

          Марс. Как планета, находящаяся на пределе чувствительности наших исследований, она всегда находилась под сомнением в качестве участницы солнечных вариаций. Теперь, когда признаки влияния не проявились даже при двойном усреднении (об этом свидетельствует отсутствие симметрии на рис. 35 д, е), наше сомнение превратилось в уверенность. Поэтому Марс теперь уже навсегда будет исключен из числа планет, влияющих на солнечную активность.

          При разработке методики прогнозирования нужно выработать способ учёта особенностей активности, отмеченных на стр. 61 настоящей книги, т. е. то, что в годы минимумов извержения плазмы отличается краткостью по времени и высотой амплитуды, т. е. энергоёмкостью извержения.

          Сатурн — вторая планета после Марса, относительно которой читатель, вероятно, желает получить информацию. По отношению к солнечной активности её можно считать инертной. Во-первых, потому, что как гравитационное, так и электромагнитное поля Сатурна намного слабее и находятся они за сильными полями Юпитера и Земли, во-вторых, период её оборота вокруг Солнца 29 лет и нам потребовалось бы гелиоцентрических координат Сатурна не менее, чем за 300 лет. А имеющиеся у нас сведения ограничиваются 1954 годом. В третьих, судя по диаграмме вековых колебаний солнечной активности (рис. 36), Сатурн совершенно не оказывает влияние на Солнце, кроме как общее фоновое наряду с другими удалёнными планетами Солнечной системы. Поэтому Сатурн также исключается из списка «контролёров» солнечной активности.

Пример изображения
Рис. 36. Диаграмма вековых колебаний
солнечной активности [51, с. 79].

          Уран и Комета Галлея. По известным сведениям, «магнитосфера Урана простирается на расстояние не менее 590000 км с дневной стороны и примерно на 6 млн км — с ночной» [75, с. 16]. Другой факт, намекающий на возможность влияния Урана на Солнце, — картина взаимодействия его магнитного поля с межпланетным полем (рис. 19 е), и, наконец, обращаем внимание читателя на рис. 36, где достаточно заметно отражены вековые колебания активности. О существовании 80-90-летнего цикла и его особенностях достаточно сведений приводится Ю. И. Витинским [51, с. 96-100]. Но мнений о том, что это может быть связано с периодом обращения Урана, нам не приходилось встречать в литературе.

          Другим фактором, который мог бы контролировать вековые вариации солнечной активности, могла быть Комета Галлея. Несмотря на существующее в литературе мнение, что кометы из-за своих малых масс не могут оказывать воздействие на другие небесные тела, нами ранее было доказано, что Комета Галлея при прохождении своего перигелия тормозит своей гравитацией вращение Земли и вызывает тектоно-магматическую активизацию земной коры [76].

          Чтобы разобраться в этом вопросе, мы провели небольшой анализ. Обработав соответствующим образом американские среднегодовые числа Вольфа, опубликованные в интернете, нам удалось установить, что в вековых вариациях солнечной активности повинна Комета Галлея, т. к. периоды максимальных перепадов активности Солнца совпадают с периодом обращения Кометы (табл. 4).

          В связи с этим следует сказать, что картина расположения хвоста Кометы относительно Солнца аналогична картине взаимодействия магнитных полей планет с солнечным ветром. Поэтому мы склонны к мнению, что Комета Галлея, по-видимому, имеет собственное магнитное поле, которое, благодаря высокой скорости полёта и большому эксцентриситету орбиты, достаточно заметно подавляет солнечную активность через дипольное магнитное поле Солнца.


Табл. 4. Сопоставление взаимоотношений экстремальных положений
двух тел Солнечной системы, способных оказывать влияние
на солнечную активность.

Пример изображения


          Судя по табл. 4, изменение расположения Урана не влияет на солнечную активность, тогда как между минимумами и максимумами расстояния между Солнцем и Кометой Галлея количество чисел Вольфа варьируется в пределах от 4 до 8 раз. На этом основании для учёта вековых вариаций впредь мы будем опираться только на Комету Галлея.



В начало                               Продолжение
 

Добавить комментарий Сообщение модератору


Защитный код
Обновить