2. Основные особенности активных долгот

Поскольку самые длинные ряды наблюдений получены для солнечных пятен, основное внимание мы уделим их активным долготам. Интересно, что эти долготные интервалы отчетливо выделяются при использовании индекса суммарной площади пятен. Но стоит воспользоваться индексом числа всех групп пятен безотносительно к их площади, как реальность их становится сомнительной. Наоборот, использование индекса числа самых крупных групп (с площадью больше 500 миллионных долей видимой полусферы Солнца) дает расчлененность по долготе еще более четкую, чем для суммарной площади пятен. Отсюда можно прийти к выводу, что в то время как вся фотосфера «выдает» солнечную активность безотносительно к ее мощности, наиболее внушительные явления происходят преимущественно только в определенных долготных интервалах.

Наиболее важным при изучении активных долгот является вопрос о том, насколько они устойчивы. Всерьез, да и то с определенными ограничениями во времени, его можно решить только для солнечных пятен. Поскольку северное и южное полушария Солнца, как мы уже знаем, отнюдь неравноценны в отношении солнечной активности, естественно, требуется их раздельное рассмотрение. Взгляните на рис. 16, на котором представлена сборная картина активных долгот суммарной площади пятен, выделенных методом изолиний за период с 1879 по 1976 г. Здесь по оси абсцисс нанесены кэррингтоновские гелиографические долготы, соответствующие синодическому периоду вращения 27,275 суток, а по оси ординат - гелиографические широты. Цифрами указаны номера 11-летних циклов (по Цюриху), стрелки показывают смещение центров активных долгот от цикла к циклу. Поскольку при использовании метода изолиний масштаб по параллели составляет 40° и по меридиану 20°, смещение на эту величину нельзя считать значимым. Первое, что бросается в глаза на рисунке,- это исключительная устойчивость активных долгот, особенно в северном полушарии Солнца. Все они сохраняются не менее двух 11-летних циклов, а три из них в северном полушарии - девять (!), т. е. около ста лет.

Рис. 16. Сборная карта активных долгот суммарных площадей солнечных пятен за 12-й - 21-й солнечные циклы. По оси абсцисс нанесены кэррингтоновские долготы. Цифры означают номера 11-летних циклов (по Цюриху).

Вторая характерная особенность активных долгот состоит в том, что они не показывают систематического сдвига в одном направлении (к западу или к востоку). Отсюда можно сделать определенные выводы о законе вращения в активных долготах. Из главы 1 этой книги вы уже знаете, что вращение Солнца, определенное, в частности, по измерениям координат солнечных пятен, является дифференциальным. Угловая скорость его различна на разных широтах и убывает с удалением от экватора. Если это так, то группы пятен, расположенные выше широты 14°, за время их существования сдвигались бы по этой причине к востоку, а лежащие ближе к экватору - к западу относительно жесткой кэррингтоновской системы долгот. Между тем активные долготы сохраняются не дни или месяцы, а десятилетия. Более того, даже если учесть дифференциальное вращение и внести соответствующие поправки в координаты пятен, затратив на это большой и, главное, неблагодарный труд, мы снова придем к тому же заключению: активные долготы упорно не хотят сдвигаться с места. Впрочем, если учесть ширину долготных интервалов и даже самую большую продолжительность жизни группы солнечных пятен, легко убедиться, что учет дифференциального вращения в данном случае является совершенно излишним.

Как же тогда понять тот факт, что активные долготы не изменяют своего положения в течение нескольких 11-летних циклов? Это означает, что в них нет дифференциального вращения или же изменение его с удалением от экватора очень сильно ослаблено. Но ведь солнечная фотосфера, как известно, вращается не жестко. Остается единственный выход из положения: считать, что активные долготы характеризуют физическое состояние более внутренних, подфотосферных слоев Солнца, которым присуще не дифференциальное, а жесткое вращение. Теоретические расчеты показывают, что действительно, с удалением от видимой поверхности в глубь Солнца вращение довольно быстро перестает быть дифференциальным. Следовательно, активные долготы - это как бы только внешние проявления процессов, происходящих в более глубоких слоях Солнца. Вот почему их изучение приобретает особую значимость для всех, кто пытается проникнуть в сущность солнечной цикличности.

Рассмотрение сборной карты активных долгот позволяет разглядеть еще одно их свойство. Нельзя сказать, что они «стоят па якоре» вполне жестко. Они испытывают порой колебания то в одну, то в другую сторону. Но для нас самое главное, что, как следует из более детального изучения, активные долготы определенно подвержены только незначительным колебаниям, гораздо меньшим, чем ширина этих долготных интервалов. Наиболее мощные и устойчивые активные долготы пятен располагались, по крайней мере до 1976 г., в северном полушарии Солнца. Это вполне естественно, поскольку в течение последних семи 11-летних циклов активность в этом полушарии была выше, чем в южном. Величина колебаний активных долгот от цикла к циклу тем больше, чем меньше изменение уровня солнечной активности за то же время. Создается впечатление, что наиболее мощная активность связана с более глубокими слоями, которые гораздо прочнее удерживают активные долготы «на якоре».

До сих пор мы говорили только об активных долготах солнечных пятен. Но оказывается, что такие долготные интервалы могут быть выделены и для активных образований в более высоких слоях солнечной атмосферы, в частности, для кальциевых флоккулов, солнечных вспышек, локальных источников радиоизлучения, корональных конденсаций, всплесков радиоизлучения IV типа и шумовых бурь. И хотя для этих образований мы располагаем гораздо более ограниченным материалом, чем для солнечных пятен, охватывающим не более двух-трех 11-летних циклов, можно с полной уверенностью утверждать, что активные долготы являются свойством наиболее мощных активных образований. Помимо наиболее крупных групп солнечных пятен, лучше всего они выделяются для сильных (особенно протонных) вспышек, всплесков радиоизлучения IV типа и самых ярких кальциевых флоккулов. Для количественной оценки этой особенности была введена характеристика концентрации активности в активных долготах. Она отражает быстроту нарастания активности от относительно спокойных к активным долготным интервалам, усредненную по всем активным долготам рассматриваемого индекса солнечной активности. Сравнение значений этой характеристики для различных явлений окончательно убедило исследователей Солнца в том, что чем мощнее активные образования в солнечной атмосфере, тем сильнее проявляется их расчлененность по долготе.

Рассмотрение активных долгот для образований, расположенных на разной высоте относительно видимой поверхности Солнца, привело еще к одному очень интересному заключению. Оказалось, что подавляющее большинство их совпадает с точностью до выбранного масштаба долготного интервала. Это означает, что чаще всего активные долготы как бы пронизывают всю толщу солнечной атмосферы вплоть до короны. Однако встречаются и такие активные долготы, которые свойственны только одному или некоторым из активных образований. Поэтому все активные долготы были разделены на два класса: основные, охватывающие всю атмосферу Солнца от фотосферы до короны, и вторичные, относящиеся лишь к части ее. Судя по сборной карте активных долгот суммарной площади пятен, первые являются особенно устойчивыми.

Особо выделяются активные долготы водородных волокон, обычно очерчивающих линии раздела солнечных магнитных полей разной полярности. Как правило, они располагаются между активными долготами других образований, о которых мы только что говорили.

Все еще не нашел своего решения уже более 40 лет обсуждающийся вопрос о так называемых антиподальных активных долготах. Обычно так называют активные долготы, которые отстоят друг от друга по параллели на 180° в северном и (или) южном полушариях Солнца или располагаются на одном меридиане в обоих полушариях. Первоначально считалось, что это наиболее распространенный (или даже универсальный) тип активных долгот. Дальнейшие исследования не подтвердили этих радужных надежд, хотя и не отвергли их полностью. Оказалось, что антиподальные активные долготы, разнесенные по параллели на 180°, являются скорее исключением, чем правилом. Несколько чаще, примерно в четверти случаев, они охватывают оба полушария Солнца. И все-таки исключительный интерес к антиподальным активным долготам был далеко не безосновательным. Дело в том, что антиподальность типична для самых крупных групп солнечных пятен, которые, к сожалению, далеко не всегда расположены в активных долготах. Но зато антиподальные активные долготы отличаются особенно высокой «продуктивностью».

Итак, мы убедились в том, что «выдача» солнечной активности не одинакова в различных долготных интервалах. Если это так, естественно возникает вопрос: как проявляется в них 11-летний цикл солнечной активности? Ведь, выделяя активные долготы, мы использовали в качестве масштаба времени чаще всего 10 - 11 лет. Гринвичские данные о солнечных пятнах дали возможность построить кривые изменения среднегодичного числа групп и их суммарной площади в каждом из долготных интервалов шириной 40°. Каждую такую кривую можно было сравнить с соответствующей кривой для всего северного и южного полушария. Основная цель этого исследования состояла в том, чтобы выяснить, все ли долготные интервалы, в частности, активные долготы, «ведут» 11-летний цикл или же в некоторых из них имеют место искажения типичной формы циклической кривой.

Для того чтобы судить о сходстве циклических кривых отдельного долготного интервала и всего соответствующего полушария, северного или южного, была введена специальная характеристика - индекс циклоподобия. При достаточном сходстве кривых этот индекс должен быть не меньше единицы. Однако оказалось, что от одного долготного интервала к другому величина индекса циклоподобия испытывает довольно большие колебания, а в некоторых случаях бывает даже отрицательной. Долготные интервалы, в которых величина индекса циклоподобия равна единице или превышает ее, т. е. интервалы, как бы «ведущие» 11-летний цикл, по аналогии с активными долготами были названы циклоподобными долготами.

Циклоподобные долготы по суммарной площади пятен выделяются гораздо более четко, чем по числу групп, Зато величина циклоподобия в общем существенно выше для числа групп пятен и при этом испытывает гораздо меньшие колебания от одного долготного интервала к другому. Все это очень напоминает картину, с которой мы уже сталкивались при рассмотрении особенностей солнечной цикличности для всего диска. Действительно, 11-летний цикл, как мы уже знаем, лучше всего выделяется по числу групп и значительно хуже по их суммарной площади. Вот и в данном случае Солнце дает по числу групп 11-летний цикл в чистом виде почти во всех долготных интервалах. С суммарной же площадью все обстоит гораздо сложнее. В этом случае уже далеко не все долготные интервалы «ведут» цикл.

Но зато выясняется другое любопытное обстоятельство. Оказывается, циклоподобные долготы площадей пятен, как и их активные долготы, сохраняются на протяжении двух, а иногда даже нескольких 11-летних циклов. Какова же взаимосвязь циклоподобных и активных долгот? Служат ли активные долготы «дирижерами» 11-летнего цикла или же только искажают его развитие? Больше половины циклоподобных долгот не совпадают с активными, причем уровень активности в них ниже среднего. Но зато циклоподобные долготы с повышенной активностью всегда были и активными. Можно провести подобное сравнение и с другой стороны. Если взять активные долготы, которые одновременно являются и циклоподобными, то оказывается, что четыре пятых из них отличаются самыми высокими значениями индекса циклоподобия, а остальные - самым скромным вкладом в 11-летний цикл по сравнению с первыми. Однако большинство активных долгот предпочитают «портить» 11-летний цикл, отличаясь самыми малыми величинами индекса циклоподобия.

За счет чего же происходит подобное искажение циклических кривых площадей солнечных пятен? Прежде всего, оно обусловлено неодновременностью, или асиихронностью развития 11-летнего цикла во многих активных долготах. Наиболее отчетливым примером этой асинхронности служит долготный интервал 40 - 0° северного полушария в 18-м цикле солнечных пятен, который дал максимум суммарной площади в 1951 г., т. е, через 4 года после эпохи максимума чисел Вольфа, и тем самым задержал спад активности на циклической кривой для всего Солнца. Таких примеров можно привести много. Все они в большей или меньшей степени объясняют сильные флуктуации и вторичные максимумы 11-летних солнечных циклов. Интересно, что в долготных интервалах, которые не являются ни активными ни циклоподобными, в среднем асинхронность циклических кривых такая же, как у активных долгот с низким циклоподобием. Но поскольку их вклад в 11-летний цикл заметно уступает вкладу, последних, они не в состоянии заметно исказить ход этого цикла.

Не менее интересен вопрос о более кратковременных изменениях в активных долготах в пределах 1 - 3 лет., Мы уже говорили о колебаниях активных долгот от; цикла к циклу относительно среднего их положения*-Оказалось, что существуют также более кратковременные колебания их подобного рода с периодами 20-30 солнечных оборотов, которые, между прочим, не кратны 11-летнему циклу. Все попытки обнаружить какие-либо регулярные изменения уровня солнечной активности с периодом до двух с половиной лет в отдельных долготных интервалах, в частности, в активных долготах, закончились безрезультатно. При этом оказалось, что Солнце в целом ведет себя «гораздо правильнее», чем отдельные активные долготы. Зато изменение со временем уровня активности в некоторых парах активных долгот происходит практически одинаково, с отставанием (или опережением) на 18-23 солнечных оборота, а иногда и без сдвига во времени. Скорее всего, первое может быть обусловлено существованием в подфотосферной зоне Солнца очень длинных бегущих волн, а второе - стоячими волнами. Конечно, подобного рода исследования активных долгот пока еще нельзя рассматривать иначе, как «первую пробу пера». Но и она оказалась многообещающей.