Свойства северо-южной асимметрии

солнечной активности

О.Г. Бадалян

Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н.В.Пушкова

badalyan@izmiran.ru

Наблюдательные данные

• Северо-южная асимметрия A = (N-S)/(N+S), где N и S – значения соответствующих индексов для северного и южного полушарий соответственно. Используются среднемесячные значения индексов.

• Данные о площадях и числе солнечных пятен по Гринвичскому каталогу и его продолжению USEF/NOAA за 1874-2009 гг . Каталог Пуколвсклй обсерватории с 1828 г.

• Данные о яркости зеленой корональной линии за 1939-2001 • (J. Sykora).• Полный магнитный поток за 1975-2001 по NSO/KP• Основные результаты• Бадалян, Обридко, Рыбак, Сикора // Астрон. журн. 82, 740

(2005).• Badalyan, Obridko, Sykora, // Solar Phys. 247, 379 (2008 ).

Суммарная площадь и полное число пятен в цикле активности

1880 1900 1920 1940 1960 1980 20000

500

1000

1500

summarized area

Years

1880 1900 1920 1940 1960 1980 20000

2

4

6

8N

total number

1880 1900 1920 1940 1960 1980 20000

500

1000

1500

23

2221

20

1918

17

161514

1312

S

1880 1900 1920 1940 1960 1980 20000

2

4

6

8

Years

Окно сглаживания 49 месяцев(4 года)

Суммарная площадь пятени их полное число по-разномуизменяются в цикле активности.В циклах 16-18 максимумы близкипо высоте, в 19 цикле вышесуммарная площадь пятен, в 20-23 циклах выше общее число пятен.

1880 1900 1920 1940 1960 1980 2000

-1,0

-0,5

0,0

0,5

1,0

Asym

met

ry

Years

A = (N-S)/(N+S)

Определение северо-южной асимметрии

Асимметрия полного числа пятен групп пятен.

Значения асимметрии,равные ±1 означают, чтопятна отсутствуют в северном или в южномполушариях.

Красная кривая –окно сглаживания 49 месяцев

Северо-южная асимметрия в различных индексах на малых временных масштабах

-0,8

-0,4

0,0

0,4

0,8

1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000

sunspot area

-0,8

-0,4

0,0

0,4

0,8

total numer of sunspots

Asy

mm

etr

y

1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000

-0,8

-0,4

0,0

0,4

0,8

coronal green line

Years

Окно сглаживания 7 месяцев.Характерные особенности временного хода асимметрииповторяются во всех индексахот фотосферы до короны.

Заметно увеличение асимметриив середине 40-х и 60-х годов,ее уменьшение вблизи 1974 г,резкий всплеск в 1987 г.

Северо-южная асимметрия в различных индексах солнечной активности на больших временных масштабах

Усреднение с окном49 месяцев (4 года).Красная линия –площадь пятен,синяя – число пятен,зеленая – яркостьзеленой корональной линии, коричневая – магнитный поток. .

Квазицикличность асимметрии..

Средний период около 12 летНаблюдается также период около 40 лет

1880 1900 1920 1940 1960 1980 2000

-0,6

-0,4

-0,2

0,0

0,2

0,4

0,6

Asym

met

ry

Years

0 50 100 150 200 2500,00

0,05

0,10

0,15

0,20

Ampl

itude

Period (months)

Долгопериодические изменения северо-южной асимметрии

1840 1880 1920 1960 2000-0,8

-0,4

0,0

0,4

0,8

1840 1880 1920 1960 2000-0,8

-0,4

0,0

0,4

0,8

Asym

met

ry

Years

Красный цвет – Пулковский каталог(с 1828 г.),синий цвет – Гринвичский каталог

Черная кривая вековой тренд (полином 3-йстепени).

Отметим глубокие минимумы в асимметриив конце XIX – начале XX веков, а также в начале XXI века.

Квазидвухлетние вариации в асимметрии

10

20

30

40

1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000

Sunspot area

0.144 -- 0.180 0.108 -- 0.144 0.072 -- 0.108 0.036 -- 0.072 0 -- 0.036

10

20

30

40 Number of sunspots

Per

iod

(mon

ths)

0.144 -- 0.180 0.108 -- 0.144 0.072 -- 0.108 0.036 -- 0.072 0 -- 0.036

Green line brightness

1940 1950 1960 1970 1980 1990 200010

20

30

40

0.200 -- 0.250 0.150 -- 0.200 0.100 -- 0.150 0.050 -- 0.100 0 -- 0.050

Years

0,04

0,08

0,12

0,16

0,20

0,241940 1950 1960 1970 1980 1990 2000

Asymmetry: sunspot area number of sunspots green line brightness

1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000

0,02

0,04

0,06

0,08

Sum

of s

quar

ed a

mpl

itude

s

Values: sunspot area number of sunspots green line brightness

Years

Слева – сванограммы в диапазоне КДВ в асимметрии..Справа вверху – суммы квадратов трех амплитуд (19, 22 и26 месяцев) для асимметрии; внизу – то же для индексов.

S_p - Q 0.88 0.56 S_p - I 0.67 0.47 Q - I 0.85 0.26

Коэффициенты корреляции.Первый столбик-асимметрия,второй столбик – индексы.

КДВ в асимметрии на длинном временном интервале

 

1880 1900 1920 1940 1960 1980 2000

10

20

30

40

0.144 -- 0.180 0.108 -- 0.144 0.072 -- 0.108 0.036 -- 0.072 0 -- 0.036

Per

iod

(mon

ths)

1880 1900 1920 1940 1960 1980 2000

0,04

0,08

0,12

0,16

Squa

red

ampl

itude

s

Years

0 10 20 30 40 50 60

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

Am

plitu

de

Period (years)

Мощность колебаний в диапазоне QBO (15-33 месяца) изменяется с периодом около 40 лет.

Площади пятен.

Спектрально-временной анализокно 132 месяца,сдвиг 12 месяцев.

Квазидвухлетние вариации, метод автокорреляции.

Sykora J., Rybak J.Solar Phys., v. 261, 321-335 (2010)

Красная линия – числа Вольфа(Kanzelhöhe Solar Obs., SkalnatePleso Obs. 1945-2004)Синяя линия – фотосферный,магнитный поток (NSO/KP,1975-2991).Зеленая линия – яркость зеленойкорональной линии (J. Sykora,Словакия, 1943-2001).

Антикорреляция между асимметрий и мощностью квазидвухлетних вариаций

20

40

60

80

20

40

60

80

0.3 -- 0.6 0.0 -- 0.3 -0.3 -- 0.0

Lat

itud

e

1950 1960 1970 1980 1990

1950 1960 1970 1980 1990

20

40

60

80

20

40

60

80

0.60 -- 0.75 0.45 -- 0.60 0.30 -- 0.45 0.15 -- 0.30

Years

Lat

itud

e

Вверху – асимметрия в зеленойлинии; внизу – сумма амплитудв диапазоне КДВ.

1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000

-0,2

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

Asym

met

ry

Years1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000

-0,4

-0,2

0,0

0,2

0,4

0,6

Sum

of a

mpl

itude

s

Вверху – сумма амплитудв диапазоне КДВ, интеграл повсем широтам (правая шкала).Внизу – асимметрия (левая шкала).

Антикорреляция между асимметрий и мощностью квазидвухлетних вариаций на длинном ряде данных

Слева – корреляция вычислена с учетом знака асимметрии.Каждая точка – среднее значение для окна 132 месяца.Справа – корреляция для абсолютного значения средней асимметрии. Синие точки – положительная асимметрия(северное полушарие доминирует), красные – отрицательнаяасимметрия (южное полушарие доминирует.

-0,3 -0,2 -0,1 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,50,00

0,04

0,08

0,12

0,16Sq

uare

d am

plitu

des

Asymmetry-0,3 -0,2 -0,1 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5

0,00

0,04

0,08

0,12

0,16

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,50,00

0,04

0,08

0,12

0,16

k = 0.47

Asymmetry (absolute value)

Свойства абсолютного значения асимметрии

1920 1940 1960 1980 20000,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0As

ymm

etry

1920 1940 1960 1980 20000

50

100

150

200

2322212019181716Wol

f num

ber

Years

Модуль абсолютного значения полного числа пятен (верхний график). Максимумы этой величины находятся вблизи минимумов цикла активности.

Сглаженные абсолютные значения асимметрии площадей пятен и общего числа пятен. Скользящее среднее вычислено с окном 4 года.

0,2

0,4

0,6

0,8

sunspot area total number of sunspots

Asym

met

ry

1880 1900 1920 1940 1960 1980 20000

50

100

150

200

232221201918171615141312Wol

f num

ber

Years

Асимметрия в полярных областях.

Абсолютные значения асимметрии полярных факелов находятся в противофазе с модулем асимметрии площадей и числа пятен.

Наилучшая положительная корреляция получается при сдвиге кривой полярных факелов примерно в 5 лет.

1940 1960 1980 2000

0,2

0,4

0,6

0,8

sunspot area polar faculae

Asu

mm

etry

(ab

solu

te v

alue

)

1940 1960 1980 2000

0,2

0,4

0,6

0,8

Asy

mm

etry

(ab

solu

te v

alue

)

Years

Основные свойства асимметрии

1. Северо-южная асимметрия наблюдается во всех индексах солнечной активности. В различных индексах она сходна как на малых, так и на больших временных масштабах.

2. В асимметрии выявляются квазидвухлетние вариации. Они сходны в различных индексах активности, при этом их мощность и степень сходства в асимметрии выше, чем в самих индексах активности.

3. Обнаружена антикорреляция между абсолютной величиной асимметрии и мощностью КДВ в ней. .

4. Абсолютная величина асимметрии характеризует величину доминирования того или другого полушария. Она имеет четко выраженный 11-летний цикл “Разбалансировка” полушарий в низких и высоких широтах происходит в противофазе.

Возможные объяснения северо-южной асимметрии.

• Влияние магнитного поля. Реликтовое поле (Мордвинов). Влияние квадрупольной составляющей поля, несимметричной относительно экватора (Обридко et al.)

• Внешнее воздействие – планеты ??? • Гравитация (Баркин).

Асимметрия числа пятен в циклах 13 и 23

Сопоставление поведения полногочисла групп пятен в циклах 13 и 23.Синие линии – северное полушарие.красные – южное. Вертикальные линии показывают Моменты максимумов.В обоих циклах хорошо заметно доминирование южного полушарияна ветви спада активности.

1995 2000 2005 20100

50

100

150

200

250

N

23

To

tal n

umb

er

Years

1890 1895 19000

50

100

150

200

250

N

13

To

tal n

umb

er

Years

Широтное распределения центров пятнообразования

1885 1890 1895 1900 1905-40

-30

-20

-10

0

10

20

30

401885 1890 1895 1900 1905

-40

-30

-20

-10

0

10

20

30

40

13

Lat

itud

e

1995 2000 2005 2010-40

-30

-20

-10

0

10

20

30

401995 2000 2005 2010

-40

-30

-20

-10

0

10

20

30

40

23

Lat

itud

eYears

1880 1900 1920 1940 1960 1980 2000 2020-40

-20

0

20

401880 1900 1920 1940 1960 1980 2000 2020

-40

-20

0

20

40

24232221201918171615141312

Latit

ude

Years

Красные линии – моменты минимумов.Синие линии – моменты максимумов.Переход от старого цикла к новомупроисходит в течение 1.5 лет.Принято, что начало цикла 24 приходится на декабрь 2008 года.

Широтное распределениеВ циклах 13 и 23 схожи

Благодарю за внимание!

1. Поведение как самих индексов, так и их асимметрии сходно в циклах 13 и 23. Цикл 23 несколько длиннее, но его длина не превышает пределов известных циклов.

2. Широтное распределение центров пятнообразования показывает, что переход к новому циклу уже начался примерно в 2008 году.

3. Появление значительной южной асимметрии в начале XXI века может свидетельствовать о наступлении периода малых циклов активности

Особенности конца 23 цикла