5. Флуктуации солнечной активности

Стоит нам обратиться к более коротким интервалам времени усреднения индексов солнечной активности, хотя бы к среднемесячным или среднеквартальным числам Вольфа, как от плавности циклической кривой не остается и следа. Вся она приобретает очень сложный вид с множеством пиков и углублений, располагающихся в самом хаотическом порядке. Такие отклонения от среднего хода циклической кривой обычно называют флуктуациями солнечной активности. Размах (пли амплитуда) этих флуктуации весьма различен. Да и среднее количество их за год тоже испытывает значительные колебания от одного 11-летнего цикла к другому. Наиболее детально были изучены флуктуации относительных чисел и суммарной площади солнечных пятен.

Для изучения солнечных флуктуации используют как «разностные», так и «относительные» индексы. Первые представляют собой разности полученных из наблюдений и сглаженных тем или иным способом величин показателей солнечной активности. Вторые являются отношениями полученных из наблюдений значений этих индексов к сглаженным их величинам, Обычно их называют индексами флуктуированности. Разностные показатели флуктуации изменяются в общем параллельно ходу 11-летнего цикла. Поэтому их относительные индексы можно считать более «чистой» характеристикой. Но было бы заблуждением принимать их за идеальный показатель. Вблизи эпохи минимума, когда значения индексов солнечных пятен близки к пулю, определение индекса флуктуированности становится затруднительным, а иногда и невозможным.

Основными характеристиками флуктуации солнечной активности, в частности, индексов солнечных пятен, являются их амплитуда и продолжительность. Амплитуда определяется как максимальное отклонение от соответствующего сглаженного значения индекса, который мы рассматриваем. В случае индекса флуктуированности это отклонение от единицы. Продолжительность флуктуации можно определить двумя способами: либо как время между соседними минимальными величинами рассматриваемого показателя солнечной активности, либо как время между последовательными пересечениями кривой индексов, полученных из наблюдений, с кривой их сглаженных значений. Хотя первый способ кажется более естественным, чаще применяют второй способ, поскольку он более удобен в случае наиболее употребительного индекса флуктуированности,

Каково же соотношение флуктуации и циклов солнечных пятен? На этот счет имеются два крайних взгляда, которые, как это ни странно, выражают одну и ту же методологическую позицию. Согласно первому из них 11-летний цикл является суммой более коротких циклов, которые называют флуктуациями. В соответствии с другой точкой зрения все солнечные циклы - это флуктуации, только большей длительности. Следовательно, и солнечные флуктуации и солнечные циклы - изменения одного типа. Либо и те и другие являются периодами с возмущениями, либо и первые и вторые представляют собой случайные колебания. Но как только мы переходим от общих рассуждений к численной проверке с помощью методов математической статистики, оба эти взгляда теряют под собой почву. Ведь, как мы уже видели, циклы солнечной активности - это периоды с возмущениями, т. е. такие периоды, средняя продолжительность которых сохраняется в течение длительных промежутков времени, хотя в различных циклах она и испытывает некоторые колебания, как и высота циклов. Совсем иное дело флуктуации солнечной активности. Их появление носит не периодический, а случайный характер, и в этом смысле их можно считать как бы независимыми процессами.

Особое значение имеют так называемые сильные флуктуации солнечной активности. Они дают не только наибольшие отклонения от хода 11-летнего цикла, но в некоторых случаях даже приводят к появлению вторичных максимумов в этом ходе. Естественно, что для выделения таких флуктуации приходится вводить определенные условные критерии. Обычно к ним относят флуктуации, амплитуда которых превышает одно стандартное отклонение от кривой среднегодичных значений рассматриваемых индексов солнечной активности. Использование этого критерия позволило выделить сильные положительные и отрицательные флуктуации среднемесячных чисел Вольфа с 1766 г., а среднемесячных суммарных площадей пятен с 1879 г. по настоящее время.

Подробнее всего были изучены сильные флуктуации относительных чисел солнечных пятен. Самой важной особенностью положительных сильных флуктуации является то обстоятельство, что имеются годы 11-летнего цикла, в которые они особенно «любят» появляться. Это первый год до эпохи максимума и третий год после нее. Вспомним, что эти же годы оказываются характерными для наиболее мощных явлений солнечной активности. А вот отрицательные сильные флуктуации «совершенно безразличны» к фазе 11-летнего цикла. Только в самых низких циклах они отдают «предпочтение» первому году до эпохи максимума.

Флуктуации солнечной активности меньшей амплитуды тоже показывают зависимость от фазы 11-летнего цикла, но гораздо менее четкую, чем у положительных сильных флуктуации. Следовательно, хотя в общем флуктуации чисел Вольфа никак нельзя считать периодическим процессом, раздельное их рассмотрение по признакам продолжительности и амплитуды выявляет некоторые их «локальные» устойчивые тенденции в 11-летнем цикле. Более 80% всех флуктуации относительных чисел пятен имеют продолжительность от двух до четырех месяцев. При этом на ветви спада преобладают флуктуации длительностью два месяца, на ветви же роста 11-летнего цикла число флуктуации длительностью два и три месяца практически одинаково. В то же время, для ветви роста свойственны появления флуктуации амплитуд меньше 0,60 по сравнению с ветвью спада.

Большинство флуктуации солнечных пятен проходит синхронно в северном и южном полушарии Солнца, В эпохи минимума 11-летних циклов оказываются в достаточной степени синхронизированными флуктуации старого и нового циклов. Средняя продолжительность и амплитуда флуктуации индексов солнечных пятен испытывают 80 - 90-летнюю циклическую вариацию. Эта особенность наиболее четко заметна на ветви спада 11-летнего цикла.

Интересно, что средняя длительность флуктуации солнечной активности совпадает со средней продолжительностью «флоккульной» фазы центров активности. Поэтому наиболее эффективным и «физичным» было бы не статистическое изучение изменения со временем индексов солнечных пятен, но исследование эволюции центров активности, а также средних их характеристик. Впервые проведенное исследование такого рода сразу же привело к важному выводу. Оказалось, что существуют два типа флуктуации, связанных с центрами активности: первичные и вторичные. Если первые разделяют промежутки времени примерно в 15 оборотов Солнца, то вторые - от трех до пяти оборотов. На ветви спада 11-летнего цикла обычно наблюдается 5 - 6 первичных флуктуации, причем 2 - 3 из них сопровождаются повышенной вспышечной активностью. В циклических изменениях средних характеристик центров активности в 11-летнем цикле, как правило, заметны два-три вторичных максимума. Но самым интересным, пожалуй, является то обстоятельство, что наиболее долго центры активности существуют за 1 - 2 года до эпохи минимума 11-летнего цикла. Все это служит дополнительным подтверждением свойств флуктуации солнечной активности, о которых мы уже говорили.