Aktywność słoneczna

Aktywność słoneczna

Aktywność słoneczna odnosi się do zjawisk zachodzących w atmosferze Słońca, które wywołują zmiany w poziomie emitowanego przez tę gwiazdę promieniowania elektromagnetycznego, w tym światła docierającego do Ziemi (patrz: stała słoneczna). Wpływa to również na strumień cząstek naładowanych, które Słońce emituje w formie tzw. wiatru słonecznego. Aktywność ta skutkuje zmianami w liczbie i rozmieszczeniu plam słonecznych oraz pochodni na fotosferze, a także rozbłyskami i protuberancjami widocznymi w chromosferze oraz koronalnymi wyrzutami masy z korony słonecznej.

Monitorowanie jasności Słońca

Jasność Słońca jest badana przez satelity – SORCE oraz TIMED (Thermosphere Ionosphere Mesosphere Energetics and Dynamics). Te laboratoria mierzą całkowitą irradiancję Słońca (stałą słoneczną) oraz monitorują bieżące zmiany w widmie gwiazdy. Wyniki tych pomiarów wskazują, że emisja promieniowania w zakresie ultrafioletu zmienia się w widoczny sposób w różnych fazach cyklu jedenastoletniego, a całkowita ilość emitowanego promieniowania zmienia się o około 0,1% wartości stałej słonecznej, której średnia wynosi 1366,1 W/m².

Cykl aktywności słonecznej

Podstawowy okres zmian aktywności słonecznej wynosi średnio około 11 lat, a najbardziej powszechną miarą tej zmienności jest tzw. liczba Wolfa, która jest opisana wzorem:

R = (10g + p)k,

gdzie:

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

Obszar występowania plam, określany przez szerokość heliograficzną, jest przedstawiany na tzw. diagramie motylkowym. Zakres widoczności plam pozwala oszacować aktualną fazę cyklu.

Co około jedenaście lat, w okresie 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 następnego cyklu. W pobliżu maksimum cyklu na Słońcu występuje duża liczba plam.

Historia

Aptekarz Samuel Heinrich Schwabe w 1844 roku opublikował swoje obserwacje dotyczące cyklicznych zmian w liczbie grup plam słonecznych co około 10 lat. Późniejsze systematyczne obserwacje prowadzone przez Szwajcara Rudolfa Wolfa potwierdziły istnienie cyklu słonecznego. Wolf badał archiwalne zapisy i wnioskował o cyklach słonecznych wstecz do roku 1610, kiedy to rozpoczęto stosowanie lunet w obserwacjach astronomicznych. Pierwszy kompletny cykl udało mu się zrekonstruować dla obserwacji z lat 1755–1766, który nazwano cyklem słonecznym numer 1.

Wpływ Słońca na otoczenie Ziemi

Badania dotyczące zmian obfitości izotopu węgla 14C doprowadziły do sformułowania hipotezy o okresowych absolutnych minimach liczby plam słonecznych. Przedostatnie maksimum radiowęglowe miało miejsce w latach 1650–1715, co zbiegło się z okresem tzw. minimum Maundera. Zapiski z późniejszego minimum Daltona wskazują jedynie na mniejszą liczbę plam w maksimach, a nie ich całkowity brak.

W czasie maksymalnej aktywności wartość stałej słonecznej nieznacznie wzrasta, choć wizualna jasność Słońca może być okresowo mniejsza z powodu obecności rozbudowanych grup ciemnych plam na fotosferze, które mają temperaturę o około 1500 stopni niższą od innych obszarów na tarczy.

W tym samym czasie rośnie również temperatura atmosfery Ziemi (w troposferze o około 0,1 K, w stratosferze na wysokości 50 km o około 1 K, a na wysokości 500 km o 400 K). W fazie intensywnej aktywności Słońca następuje także kilka procentowe zmniejszenie całkowitej koncentracji ozonu w atmosferze Ziemi, co jest skutkiem aktywności rozbłyskowej.

Zakłócenia magnetyzmu ziemskiego związane z rozbłyskami, które są wtedy znacznie częstsze, mogą wpływać na koncentrację elektronów i całkowitą liczbę tych cząstek w jonosferze, sięgającej do wysokości 1000 km. To może prowadzić do znacznych błędów pomiarowych przy użyciu danych z satelitów GPS, kiedy stosuje się jedynie jedną częstotliwość (jednak dzięki temu można też określać wartość kolumnowej gęstości elektronów w jonosferze). Niektóre badania wskazują na istnienie korelacji pomiędzy aktywnością słoneczną a zdrowiem.

24. cykl słoneczny

Na podstawie znanej średniej długości cyklu oczekiwano, że liczba plam słonecznych zacznie rosnąć w roku 2005, co miało zapoczątkować kolejny cykl aktywności słonecznej. Jednak początek 24. cyklu przypadł dopiero na styczeń 2009 roku. Moment ten ustalono na podstawie zmian w uśrednionej liczbie Wolfa oraz skorelowanych z aktywnością słoneczną zmian w strumieniu promieniowania radiowego rejestrowanego na długości fali 10,7 cm.

Według kolejnych informacji:

W drugiej połowie 2006 roku, przy pomocy satelity SOHO, zaobserwowano plamę o innej niż w poprzednim cyklu biegunowości, co zainicjowało nowy cykl jedenastoletni. Plama ta była niewielka, ale niedługo potem ukazała się większa plama, w której kilka tygodni po obserwacji rejestrowano częste rozbłyski słoneczne i wyrzuty masy.

W styczniu 2008 roku aktywność magnetyczna Słońca zaczęła wzrastać.

Aktywność Słońca, która w pierwszej połowie 2010 roku była na niskim poziomie, wzrosła znacząco w ciągu kilku następnych miesięcy.

Dobowa liczba Wolfa przekroczyła 200 w drugiej połowie 2011 roku, a podobnie liczne plamy pojawiły się w maju 2013 roku. W połowie listopada, po okresie mniejszej aktywności, liczba ta wzrosła do ponad 270. W 2015 roku liczba plam na Słońcu znacznie się zmniejszyła, co zapowiadało początek fazy minimum. W latach 2012–2015 zarejestrowano jedynie jeden dzień, gdy widoczna część tarczy Słońca była wolna od plam, a w czerwcu 2016 roku plamy nie były widoczne przez jedenaście kolejnych dni. W 2016 roku takich dni było łącznie 32.

25. cykl słoneczny

Na przełomie lat 2017/2018 Słońce znajdowało się w fazie minimum cyklu, kończąc cykl 24 i rozpoczynając nowy, oznaczony numerem 25. Oczekiwano, że plamy pojawią się na szerokościach heliograficznych około 40 stopni, wykazując odwróconą polarność. Plamy te miały być obserwowane przez kilka miesięcy razem z grupami o stałej polarności.

16 kwietnia 2018 roku ogłoszono pierwszą obserwację plamy o zmienionej biegunowości pola magnetycznego, co wskazywało na rozpoczęcie 25. cyklu słonecznego. Jednak NASA i NOAA ogłosiły we wrześniu 2020 roku, że początek 25. cyklu słonecznego miał miejsce w grudniu 2019 roku.

Przypisy

Bibliografia

T.N. Woods, J. Lean: Anticipating the next decade of Sun-Earth system variations, EOS, 88, 30 października 2007.

Backward Sunspot, NASA.gov, 15 sierpnia 2006.

NOAA Predicts Solar Cycle 24, 8 maja 2009.

Deep Solar Minimum, 1 kwietnia 2009.

Przemysław Rudź, Niebo na weekend. Podręcznik młodego astronoma, Pascal.

Linki zewnętrzne

Polskojęzyczne

• Wykres motylkowy
• Zamieszanie w Układzie Słonecznym: Słońce zmienia swoje bieguny
• Pomiary aktywności słońca – Instytut Fizyki UMCS
• Budowa interferometru służącego do pomiaru aktywności słońca
• Stacja pomiarowa aktywności słońca w Toruniu
• Karolina Głowacka, Arkadiusz Berlicki i Paweł Rudawy, Aktywność słoneczna – czy jest dla nas niebezpieczna?, kanał „Radio Naukowe” na YouTube, 2 grudnia 2021 [dostęp 2023-09-06].
• Aktywność słoneczna, kanał Astronarium na YouTube, 29 maja 2015 [dostęp 2023-10-05].

Obcojęzyczne

• The Ten Centimetre Solar Radio Flux. ips.gov.au. [zarchiwizowane z tego adresu (2008-04-02)].
• Aktualne zdjęcie z satelity SOHO
• Space weather
• Solar activity graph over the last 400 years