Aktywność słoneczna

Aktywność słoneczna w latach 1976–2006.
Oznaczenia wykresów: Irradiancja (dzienna/roczna), Plamy słoneczne, Rozbłysk słoneczny, Strumień radiowy 10,7 cm.

Aktywność słoneczna – zmiany zachodzące w atmosferze Słońca, powodujące fluktuacje poziomu emitowanego przez gwiazdę promieniowania elektromagnetycznego, w tym światła, które dociera do Ziemi (zob. stała słoneczna) oraz strumienia cząstek naładowanych, wysyłanych przez Słońce w postaci tzw. wiatru słonecznego. Powoduje zmiany liczby i rozmieszczenia plam słonecznych oraz pochodni na poziomie fotosfery, rozbłysków i protuberancji obserwowanych na tle chromosfery, a także koronalnych wyrzutów masy powstających w koronie słonecznej.

Jasność Słońca monitorowana jest poprzez satelity – SORCE oraz TIMED (Thermosphere Ionosphere Mesosphere Energetics and Dynamics). Laboratoria te mierzą całkowitą irradiancję Słońca (stałą słoneczną), a także rejestrują aktualne zmiany w widmie gwiazdy. Także z tych pomiarów wynika, że emisja promieniowania w zakresie ultrafioletu zmienia się w widoczny sposób w różnych fazach cyklu jedenastoletniego, zaś sumaryczna ilość emitowanego promieniowania zmienia się o około 0,1% stałej słonecznej, której wartość średnia jest równa 1366,1 W/m².

Cykl aktywności słonecznej

Podstawowy okres zmian aktywności słonecznej wynosi średnio około 11 lat, zaś najbardziej popularną miarą tej zmienności jest tzw. liczba Wolfa, opisana wzorem

gdzie:

R – liczba Wolfa,
p – łączna liczba plam obserwowanych na widocznej półsferze Słońca,
g – obserwowana w tym samym czasie liczba grup plam,
k – współczynnik zależny od użytego instrumentu, służący do porównywania wyników różnych obserwatoriów.

Obszar występowania plam, określony przez szerokość heliograficzną, przedstawia się na tzw. diagramie motylkowym. Zakres, gdzie plamy są widoczne, pozwala oszacować aktualną fazę cyklu.

Co około jedenaście lat, w czasie minimum słonecznej aktywności, rozpoczyna się nowy cykl słoneczny, który osiąga maksimum od 3 do 5 lat później. Następnie aktywność maleje przez około 6–7 lat aż do rozpoczęcia kolejnego cyklu słonecznego. W pobliżu maksimum cyklu na Słońcu występuje duża liczba plam.

Historia

Aptekarz Samuel Heinrich Schwabe w 1844 roku opublikował swoje spostrzeżenie dotyczące zmieniającej się cyklicznie, co około 10 lat, łącznej liczby grup plam słonecznych. Prowadzone później przez Szwajcara Rudolfa Wolfa systematyczne obserwacje Słońca potwierdziły istnienie zjawiska cyklu słonecznego. Wolf badał archiwalne zapisy i wnioskował o cyklach słonecznych wstecz aż do roku 1610, kiedy to zaczęto stosować lunetę do obserwacji astronomicznych. Pierwszy w miarę kompletny cykl udało mu się jednak zrekonstruować dopiero dla obserwacji wykonanych w latach 1755–1766. Okres ten nazywany jest od tamtego czasu cyklem słonecznym numer 1.

Wpływ Słońca na otoczenie Ziemi

W wyniku badań zmian obfitości izotopu węgla 14C przedstawiono hipotezę okresowych absolutnych minimów liczby plam słonecznych. Przedostatnie takie maksimum radiowęglowe przypadło na lata 1650–1715, czyli na czas tzw. minimum Maundera. W zapisach powstałych w czasie późniejszego minimum Daltona stwierdzono jednak jedynie mniejsze liczby plam w maksimach, a nie zupełny ich brak.

W czasie maksymalnej aktywności zwiększa się nieznacznie wartość stałej słonecznej, choć wizualna jasność Słońca może być okresowo mniejsza ze względu na obecność na poziomie fotosfery rozbudowanych grup ciemnych plam, o temperaturze niższej o około 1500 stopni od pozostałych obszarów na tarczy.

W tym samym czasie wzrasta również temperatura atmosfery Ziemi (w troposferze o około 0,1 K, zaś 50 km wyżej, w stratosferze, o około 1 K, a na wysokości 500 km o 400 K). W fazie dużej aktywności Słońca zmniejsza się również o kilka procent całkowita koncentracja ozonu w atmosferze Ziemi – wskutek aktywności rozbłyskowej.

Porozbłyskowe zaburzenia magnetyzmu ziemskiego, które są wówczas znacznie częstsze, mogą istotnie zmieniać koncentrację elektronów, jak również całkowitą liczbę tych cząstek w jonosferze, czyli do wysokości 1000 km. Może to powodować znaczny błąd pomiaru przy użyciu danych satelitów systemu GPS, gdy używać jedynie jednej częstotliwości (ale dzięki temu można też wyznaczać wartość kolumnowej gęstości elektronów w jonosferze). Niektóre obserwacje wykazują istnienie korelacji pomiędzy aktywnością słoneczną oraz zdrowiem[1].

Liczba plam słonecznych podczas części 23. oraz 24. cyklu. Dane do września 2019 roku. (Kolory: czarny – wartości miesięczne, niebieski – wartości uśrednione, czerwony – prognoza.)

24. cykl słoneczny

Korzystając ze znanej średniej długości cyklu, oczekiwano, że liczba plam słonecznych zacznie rosnąć w roku 2005 i zapoczątkuje tym samym kolejny cykl aktywności słonecznej. Początek 24. cyklu przypadł jednak dopiero na styczeń 2009 roku, a moment ten wyznaczono na podstawie zmian wartości uśrednionej liczby Wolfa oraz skorelowanych z aktywnością słoneczną zmian wielkości strumienia promieniowania radiowego rejestrowanego na długości fali 10,7 cm.

Według kolejnych doniesień:

  • W drugiej połowie 2006 roku przy pomocy satelity SOHO zaobserwowano plamę o innej niż w poprzednim cyklu biegunowości, zapoczątkowującą nowy cykl jedenastoletni. Jej wielkość była bardzo mała, ale niedługo potem ukazała się kolejna, o wiele większa plama, w której kilka tygodni po zaobserwowaniu rejestrowano częste rozbłyski słoneczne i wyrzuty masy.
  • W styczniu 2008 roku aktywność magnetyczna Słońca zaczęła wzrastać[2].
  • Aktywność Słońca, która jeszcze w pierwszej połowie 2010 roku utrzymywała się na niskim poziomie[3][4], wzrosła potem znacznie w czasie kilkunastu miesięcy.

Dobowa liczba Wolfa przekroczyła 200 w drugiej połowie 2011 roku[5], a podobnie liczne plamy pojawiły się w maju 2013 roku. W połowie listopada, po okresie mniejszej aktywności, gdy sięgała czasem kilkunastu, przekroczyła 270. W 2015 liczba plam na Słońcu znacznie się zmniejszyła, zapowiadając początek fazy minimum. W latach 2012–2015 zarejestrowano jedynie jeden dzień, gdy widoczna część tarczy Słońca pozostawała bez plam i dopiero w czerwcu 2016 roku plamy nie były widoczne przez jedenaście kolejnych dni. W 2016 roku takich dni było łącznie 32[6].

25. cykl słoneczny

Na przełomie lat 2017/2018 Słońce znajdowało się w fazie minimum cyklu, kończącym cykl 24 i zaczynającym nowy z numerem kolejnym. Oczekiwano pojawienia się plam na szerokościach heliograficznych około 40 stopni, wykazujących odwróconą polarność. Plamy te miały być potem obserwowane przez kilkadziesiąt miesięcy razem z grupami o niezmienionej polarności.

16 kwietnia 2018 doniesiono o pierwszej obserwacji plamy o zmienionej biegunowości pola magnetycznego, wskazującej na rozpoczęcie 25. cyklu słonecznego[7]. Jednak NASA i NOAA ogłosiły we wrześniu 2020, że początek 25. cyklu słonecznego nastąpił w grudniu 2019[8].

Przypisy

  1. George E. Davis, Walter E. Lowell. Solar cycles and their relationship to human disease and adaptability. „Medical Hypotheses”. 67 (3), 2006. DOI: 10.1016/j.mehy.2006.03.011. PMID: 16701959. 
  2. Michał Różyczka. Zaspane Słońce. „Świat Nauki”. 11 (207), s. 19, 2008. 
  3. NASA - Solar ‘Current of Fire’ Speeds Up | Science Mission Directorate, science.nasa.gov [dostęp 2017-11-15] (ang.).
  4. ACE News, www.srl.caltech.edu [dostęp 2017-11-15].
  5. Bazy danych National Oceanic and Atmospheric Administration.
  6. http://www.spaceweather.com Pogoda kosmiczna.
  7. Pierwsza obserwacja nowego cyklu aktywności słonecznej. Urania – Postępy Astronomii, 2018-04-16.
  8. Elżbieta Kuligowska, Rozpoczął się nowy, 25 cykl słoneczny!, 16 września 2020.

Bibliografia

Linki zewnętrzne

Media użyte na tej stronie

Solar cycle 24 sunspot number progression and prediction.gif
ISES Solar Cycle 24 Sunspot Number Progression.
Aktywność słoneczna.png
Autor: This image was created by Robert A. Rohde from the published data listed below and replaces an image created by William M. Connolley. It is part of the Global Warming Art project.
Translation: Dobrzejest, wikipedia.pl : Adi4000, Licencja: CC-BY-SA-3.0
Variations in sunspot number since 1610.
Changes in solar activity since 1400.

This picture depicts the last three solar cycles as measured in solar irradiance, sunspot numbers, solar flare activity, and 10.7 cm radio flux. Solar irradiance, i.e the direct solar power at the top of the Earth's atmosphere, is depicted as both a daily measurement and a moving annual average. All other data are depicted as the annual average value.

The ~11 year solar magnetic cycle is a fundemental aspect of the sun's behavior and is associated with variations in total output and activity. Irradiance measurements have only been available during the last three cycles and are based on a composite of many different observing satellites. [1] However, the high correlation between irradiance measurements and other proxies of solar activity make it reasonable to estimate past solar activity. Most important among these proxies is the record of sunspot observations that has been recorded since ~1610. Since sunspots and associated faculae are directly responsible for small changes in the brightness of the sun, they are closely correlated to changes in solar output. Direct measurements of radio emissions from the Sun at 10.7 cm also provide a proxy of solar activity that can be measured from the ground since the Earth's atmosphere is transparent at this wavelength. Lastly, solar flares are a type of solar activity that can impact life on Earth by affecting electrical systems, especially satellites. Flares usually occur in the presence of sunspots, and hence the two are correlated, but flares themselves make only tiny perturbations of the solar luminosity.

Recently, it has been claimed that the total solar irradiance is varying in ways that aren't duplicated by changes in sunspot observations or radio emissions. However, this conclusion is disputed. Some believe that shifts in irradiance may be the result of calibration problems in the measuring satellites.[1][2] These speculations also admit the possibility that a small long-term trend might exist in solar irradiance, though the data chosen for this plot do not have a significant trend.[3] Also, the differences in flare activity over the three cycles would not be related to possible measurement artifacts in irradiance.

With respect to global warming, though solar activity has been at relatively high levels during the recent period, the fact that solar activity has been near constant during the last 30 years precludes solar variability from playing a large role in recent warming. It is estimated that the resdiual effects of the prolonged high solar activity account for between 18 and 36% of warming from 1950 to 1999.[4]

Image from Global Warming Art
This image is an original work created for Global Warming Art. Please refer to the image description page for more information.
GNU head Udziela się zgody na kopiowanie, rozpowszechnianie oraz modyfikowanie tego dokumentu zgodnie z warunkami GNU Licencji Wolnej Dokumentacji, w wersji 1.2 lub nowszej opublikowanej przez Free Software Foundation; bez niezmiennych sekcji, bez treści umieszczonych na frontowej lub tylnej stronie okładki. Kopia licencji załączona jest w sekcji zatytułowanej GNU Licencja Wolnej Dokumentacji.
w:pl:Licencje Creative Commons
uznanie autorstwana tych samych warunkach
Ten plik udostępniony jest na licencji Creative Commons Uznanie autorstwa – Na tych samych warunkach 3.0.
Wolno:
  • dzielić się – kopiować, rozpowszechniać, odtwarzać i wykonywać utwór
  • modyfikować – tworzyć utwory zależne
Na następujących warunkach:
  • uznanie autorstwa – musisz określić autorstwo utworu, podać link do licencji, a także wskazać czy utwór został zmieniony. Możesz to zrobić w każdy rozsądny sposób, o ile nie będzie to sugerować, że licencjodawca popiera Ciebie lub Twoje użycie utworu.
  • na tych samych warunkach – Jeśli zmienia się lub przekształca niniejszy utwór, lub tworzy inny na jego podstawie, można rozpowszechniać powstały w ten sposób nowy utwór tylko na podstawie tej samej lub podobnej licencji.
Ten szablon został dodany jako element zmiany licencjonowania.


Data sources

  1. Irradiance: http://www.pmodwrc.ch/pmod.php?topic=tsi/composite/SolarConstant
  2. International sunspot number: http://www.ngdc.noaa.gov/stp/SOLAR/ftpsunspotnumber.html
  3. Flare index: http://www.koeri.boun.edu.tr/astronomy/readme.html
  4. 10.7cm radio flux: http://www.drao-ofr.hia-iha.nrc-cnrc.gc.ca/icarus/www/sol_home.shtml

References

  1. Richard C. Willson, Alexander V. Mordvinov (2003). "Secular total solar irradiance trend during solar cycles 21–23". Geophysical Research Letters 30 (5): 1199.
  2. Steven DeWitte, Dominiqu Crommelynck, Sabri Mekaoui, and Alexandre Joukoff (2004). "MEASUREMENT AND UNCERTAINTY OF THE LONG-TERM TOTAL SOLAR IRRADIANCE TREND". Solar Physics 224: 209–216.
  3. Fröhlich, C. and J. Lean (2004). "Solar Radiative Output and its Variability: Evidence and Mechanisms". Astronomy and Astrophysical Reviews 12: 273-320.
  4. Stott, Peter A.; Gareth S. Jones and John F. B. Mitchell (15 December 2003). "Do Models Underestimate the Solar Contribution to Recent Climate Change". Journal of Climate 16: 4079-4093. Retrieved on October 5.