ПИСЬМА В АСТРОНОМИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ, 2020, том 46, № 10, с. 750-760

ПРОСТРАНСТВЕННЫЕ СТРУКТУРЫ СЕВЕРО-ЮЖНОЙ

АСИММЕТРИИ В ЗЕЛЕНОЙ КОРОНАЛЬНОЙ ЛИНИИ

И В МАГНИТНЫХ ПОЛЯХ

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

Троицк, Московская область, Россия

Поступила в редакцию 10.08.2020 г.

После доработки 11.09.2020 г.; принята к публикации 22.09.2020 г.

Исследуется пространственное распределение северо-южной асимметрии за 1977-2001 гг. Сопостав-

ление распределения и временн ´ых изменений индекса асимметрии A в зеленой корональной линии

530.3 нм Fe XIV, в полном корональном магнитном поле и в полях малых и больших масштабов

показало, что на низких широтах распределение A для полей малых масштабов имеет наибольшее

сходство с его распределением в яркости зеленой линии. На широтах выше 40^◦ наблюдается

антикорреляция между поведением A в зеленой линии и в магнитном поле больших масштабов. Ранее

было показано, что широтно-долготные области с преобладанием яркости зеленой линии в одном из

полушарий через 14-18 оборотов сменяются похожими по форме областями с преобладанием другого

полушария, т.е. карта как бы изменяется на “негативную”. В данной работе этот вывод подтверждается

рассмотрением поведения северо-южной асимметрии в напряженности магнитного поля. Изменение

карты на негативную наиболее выражено для полей больших масштабов. Северо-южная асимметрия

является свидетельством и мерой того, что существуют различия (рассинхронизация) в работе двух

полушарий Солнца. Этот факт необходимо учитывать при построении современных теорий динамо.

Ключевые слова: Солнце, зеленая корональная линия, магнитное поле, северо-южная асимметрия.

DOI: 10.31857/S0320010820100022

ВВЕДЕНИЕ

рия является артефактом, следствием ошибок на-

блюдений или статистически незначимых флукту-

Северо-южная асимметрия солнечной активно-

аций измеряемых величин. Поэтому относительно

сти является очень интересным и во многом зага-

недавно в работе Карбонелл и др. (1993) первым

дочным явлением. Несмотря на продолжительную

из основных выводов было утверждение о том, что

историю ее исследования, многие свойства асим-

N-S асимметрия площадей солнечных пятен ста-

метрии остаются неизвестными, а природа этого

тистически значима и является реальным феноме-

феномена непонятной. В настоящее время про-

ном.

должается процесс накапливания наблюдательно-

При изучения северо-южной асимметрии ис-

го материала, описывающего различные стороны

пользовались различные индексы солнечной ак-

северо-южной асимметрии. Солнечная активность

тивности — пятна, вспышки, волокна, протуберан-

долгое время рассматривалась как процесс в еди-

цы, радио- и гамма-всплески, излучение короны,

ной динамической системе. Постепенно выясни-

магнитное поле Солнца и др. Обзоры работ по ис-

лось, что генерация и эволюция магнитных полей

следованию северо-южной асимметрии содержат-

происходит по-разному в северном и южном полу-

ся в статьях Визосо, Баллестер (1990), Карбонелл

шариях. Свидетельством того, что имеются опре-

деленные различия в работе двух полушарий, явля-

и др. (1993, 2007), Ли и др. (2002), Мариш и др.

ется северо-южная асимметрия солнечной актив-

(2002), Бадалян и др. (2005, 2008), Сикора, Ры-

ности. Величина северо-южной асимметрии может

бак (2010), Бадалян, Обридко (2011). Эти иссле-

дования показали, что северо-южная асимметрия

служить мерой этого различия. Следует при этом

отметить, что довольно долгое время многие иссле-

является некоторой фундаментальной характери-

дователи склонялись к мысли о том, что асиммет-

стикой солнечной активности. Ее свойства во мно-

гом не определяются циклической деятельностью

^*Электронный адрес: badalyan@izmiran.ru

Солнца. Создается впечатление, что северо-южная

750

ПРОСТРАНСТВЕННЫЕ СТРУКТУРЫ СЕВЕРО-ЮЖНОЙ АСИММЕТРИИ

751

асимметрия существует по своим собственным за-

в различных индексах активности, относящихся к

конам.

различным слоям солнечной атмосферы.

В работе Бадалян (2011) были рассмотрены

Характерным является практически одновре-

асимметрия широт центров пятнообразования в се-

менное возрастание или уменьшение асимметрии в

верном и южном полушариях и связь этой величи-

различных индексах, что приводит к образованию

ны с обычно исследуемой асимметрией суммарных

вертикальных полос на диаграммах в координатах

площадей групп солнечных пятен. Поведение этих

широта-время. Свойства северо-южной асиммет-

характеристик свидетельствует о том, что наблю-

рии описаны Бадалян (2009).

дается рассинхронизация в работе двух полушарий

3. Для отдельных кэррингтоновских оборотов

Солнца, которая особенно заметно проявляется

распределение асимметрии имеет более сложный

вблизи минимумов циклов активности. При этом

характер. Такое новое, более детальное рассмот-

можно говорить о разбалансировке полушарий как

рение северо-южной асимметрии яркости зеле-

по мощности (асимметрия суммарных площадей

ной корональной линии было проведено Бадалян

солнечных пятен), так и по пространству (широт-

(2010, 2012a). Были построены карты распреде-

ная асимметрия появления центров пятнообразо-

ления северо-южной асимметрии яркости зеле-

вания). На общую цикличность, синхронную в двух

ной линии в отдельных кэррингтоновских оборо-

полушариях, накладывается механизм рассинхро-

тах за 1943-2001 гг. Затем такое рассмотрение

низации, имеющий свои собственные закономер-

N-S асимметрии было продолжено применительно

ности, которые необходимо изучать и учитывать

к корональным магнитными полям различных мас-

при теоретических рассмотрениях модели динамо.

штабов (Бадалян, 2012b).

1. Имеются различные методики исследования

феномена северо-южной асимметрии. Стандарт-

4. Совсем иной подход был в работе Бадалян,

ным является подход, когда изучаются временные

Обридко (2015, 2017). Было предложено рассмат-

изменения величины индекса северо-южной асим-

ривать северо-южную асимметрию как суперпози-

метрии, определяемой как

цию двух функций — абсолютной величины асим-

метрии и ее знака. Выяснилось, что многие свой-

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

(1)

ства асимметрии описываются временными изме-

где N и S — значения индекса солнечной актив-

нениями ее знака. В то же время абсолютная

ности в северном и южном полушариях соответ-

величина асимметрии (ее модуль) имеет четкий

ственно в выбранном широтном интервале; при

11-летний цикл. Такой подход к рассмотрению

этом значение A усредняется с тем или иным вре-

северо-южной асимметрии, возможно, прояснит

менным окном. Такой метод рассмотрения северо-

многие ее свойства и позволит подойти к выясне-

южной асимметрии показал, что асимметрия яв-

нию природы этого феномена.

ляется квазипериодической величиной с периодом

5. Интересный подход к изучению долговремен-

около 12 лет. Отмечены периоды около 12 и 40 лет,

ных изменений северо-южной асимметрии круп-

а также вековой тренд (Наговицын, 1998; Кнаак

номасштабного магнитного поля за 1858-2006 гг.

и др., 2004; Баллестер и др., 2005; Бадалян и др.,

предложен в работе Гусевой, Наговицына (2012).

2005, 2008; Бадалян, Обридко, 2011). В северо-

Индекс, характеризующий открытое магнитное по-

южной асимметрии обнаружены также квазидвух-

ле солнечной короны, сопоставлен с другими ин-

летние колебания (Бадалян и др., 2005, 2008;

дексами асимметрии, и определена длительность

Сикора, Рыбак, 2010; Бадалян, Обридко, 2011).

11-летнего цикла в северном и южном полушариях

Следует отметить, что эти колебания в асимметрии

по различным индексам активности.

проявляются существенно отчетливее, чем в самих

В данной работе продолжено рассмотрение по-

индексах активности.

ведения северо-южной асимметрии в зеленой ко-

2. Можно рассматривать крупномасштабное

рональной линии и в корональных магнитных полях

пространственно-временное распределение асим-

различных масштабов для отдельных кэррингто-

метрии. В ряде работ было выполнено сопостав-

новских оборотов.

ление асимметрии, определенной по различным

индексам солнечной активности (Ньютон, Милсом,

1955; Вальдмайер, 1971; Сикора, 1980; Рушин,

БАЗЫ НАБЛЮДАТЕЛЬНЫХ ДАННЫХ И

1980). По результатам этих сопоставлений можно

МЕТОДИКА РАСЧЕТА

было предположить, что асимметрия ведет себя

сходным образом в различных индексах и на

Для исследования количественной связи между

различных временных и пространственных мас-

асимметрией яркости зеленой корональной линии

штабах. Это предположение было проверено в

530.5 нм Fe XIV и напряженностью магнитного

работах Бадалян и др. (2005), Бадалян, Обрид-

поля в короне была вычислена кросс-корреляция

ко (2008, 2011), и было показано, что северо-

соответствующих синоптических карт за период

южная асимметрия ведет себя сходным образом

1977-2001 гг.

ПИСЬМА В АСТРОНОМИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ том 46

№ 10

2020

752

БАДАЛЯН

Карты распределения яркости зеленой коро-

Наблюдательные данные по зеленой линии и

нальной линии построены по данным патрульных

рассчитанное магнитное поле были затем усредне-

наблюдений ряда корональных станций, сведенных

ны за 6 последовательных кэррингтоновских обо-

в единую фотометрическую систему. Нами исполь-

ротов со сдвигом в 1 оборот. Карты, построенные

зовалась база данных, составленная Ю. Сикорой.

по таким сглаженным по 6 оборотам данным, поз-

База включает наблюдения яркости зеленой коро-

воляют рассматривать крупномасштабные долго-

живущие образования. Организованные таким об-

нальной линии за 1939-2001 гг. Ю. Сикора был

первым, кто начал разработку процесса приведе-

разом данные по зеленой линии и магнитному полю

ния наблюдательных данных в единую фотомет-

имеют эффективное пространственное разрешение

10^◦-15^◦.

рическую систему. Процесс гомогенизации данных

Для полученных рядов данных была вычислена

описан в работе Сикора (1971). В настоящее время

северо-южная асимметрия. Для дальнейшего рас-

база данных хранится в Астрономическом Инсти-

смотрения вычислялись коэффициенты корреля-

туте Словацкой Академии наук. В базе данных

ции между параметрами, описывающими яркость

приведены значения интенсивности зеленой линии

зеленой корональной линии и напряженность маг-

в абсолютных корональных единицах (a.c.u.) c

нитного поля. Вычислялись полное магнитное поле

шагом ∼13^◦ по долготе (один день) и 5^◦ по ши-

(сумма всех 10 гармоник), поле, описываемое пер-

роте. Абсолютная корональная единица есть одна

выми четырьмя гармониками (волновые числа от 0

миллионная яркости центра солнечного диска в

до 3) и поле более высоких гармоник с 5 по 10-ю

полосе в 0.1 нм соседнего с линией континуума.

(волновые числа с 4 по 9). Коэффициент корреля-

Все данные приведены к высоте 60^′′ над лимбом.

ции находился для совокупности пространственно

Детальное описание базы данных содержится в

совпадающих точек на синоптических картах. Это

Сторини, Сикора (1997), Сикора, Рыбак (2005).

те точки, для которых в базе приведены данные о

яркости зеленой линии (т.е. с шагом 13^◦ по долготе

Расчеты напряженности магнитного поля в ко-

и 5^◦ по широте); для этих же точек рассчитывалось

роне проведены в потенциальном приближении на

магнитное поле.

основе наблюдений на уровне фотосферы Wilcox

Solar Observatory (http://quake.stanford.edu/wso/

СЕВЕРО-ЮЖНАЯ АСИММЕТРИЯ В

wso.html). Исходными являются наблюдения про-

ЗЕЛЕНОЙ КОРОНАЛЬНОЙ ЛИНИИ И В

дольной компоненты магнитного поля на фото-

МАГНИТНЫХ ПОЛЯХ

сфере. Магнитное поле в короне рассчитано с

Рассмотрение последовательности 784 синоп-

использованием известного метода, описанного в

тических карт индекса A для зеленой линии (обо-

Хоексема, Шеррер (1986), Хоексема (1991). Ис-

роты с 1195 по 1983) показывает, что широтно-

пользовалась программа, которая позволяет вы-

долготные области, в которых доминирует север-

числять все компоненты магнитного поля от по-

ное или южное полушарие, образуют своеобразные

верхности фотосферы до поверхности источника

“структуры” различной формы. Можно выделить

(Харшиладзе, Иванов, 1994). Расчеты выполнены

различные типы карт и проследить их изменение

для расстояния 1.1 R_⊙, близкого к высоте 60^′′,

со временем, а также переход от одного типа к

к которой приведены данные о яркости зеленой

другому. “Структуры” асимметрии могут распо-

корональной линии в используемой базе данных.

лагаться вертикально (линии равной асимметрии

В стандартных расчетах исходные данные сум-

идут вдоль меридианов), или карты могут быть с

мируются по 10 гармоникам. При этом вводится

горизонтально (вдоль кэррингтоновской долготы)

полярная коррекция, учитывающая недостаточную

ориентированными широтно-долготными областя-

надежность измерений магнитного поля вблизи по-

ми. Среди других карт можно выделить карты с

люсов (Обридко, Шельтинг, 1999). Как исходные,

мелкими или, наоборот, с крупными структурами.

так и рассчитанные данные о магнитном поле огра-

Имеются также карты с огромными секторами раз-

ничены широтным диапазоном ±70^◦.

мером примерно в пол-оборота (например, карта

В стандартных расчетах магнитное поле на каж-

со средней датой 3 апреля 1994 г., обороты 1878-

дом уровне в короне Солнца представляется как

1883). И, наконец, возможно доминирование того

сумма 10 сферических гармоник. В методе пред-

или иного полушария во всем диапазоне широт в

ставления решения уравнения для потенциального

течение всего оборота (например, карта со средней

поля в виде рядов по ортогональным функциям бо-

датой 12 апреля 1965 г., обороты 1490-1495).

лее высокие гармоники соответствуют полям мень-

Рассмотрим теперь аналогичные карты, постро-

ших масштабов. Определенные таким образом по-

енные для северо-южной асимметрии магнитно-

ля больших масштабов относятся к глобальной

го поля. На рис. 1 приведены карты распреде-

деятельности Солнца, а поля малых масштабов

ления усредненной асимметрии за кэррингтонов-

определяют развитие комплексов активности.

ские обороты 1650-1655 (время с 01.01.1977 по

ПИСЬМА В АСТРОНОМИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ том 46

2020

№ 10

ПРОСТРАНСТВЕННЫЕ СТРУКТУРЫ СЕВЕРО-ЮЖНОЙ АСИММЕТРИИ

753

180

270

360

180

270

360

180

270

360

180

270

360

Долгота

0.45

0.60

0.30

0.45

0.15

0.30

0.00

0.15

0.00

0.30

0.15

0.45

0.30

0.60

0.45

Рис. 1. Карты распределения северо-южной асимметрии в интервале, усредненном за 1650-1655 кэррингтоновских

оборота. Вверху слева — зеленая корональная линия, вверху справа — полное манитное поле. Внизу слева — первые

4 гармоники, справа — гармоники с 5 по 10-ю.

13.06.1977). Самый темный цвет показывает до-

пазоне долгот от 220^◦ до 260^◦ на тех же широтах

минирование северного полушария, белый цвет —

зеленая линия ярче в северном полушарии.

доминирование южного полушария. Верху слева

Карты на рис. 1 показывают, что распределение

дана карта, построенная для асимметрии яркости

асимметрии в зеленой линии схоже с распределе-

зеленой корональной линии, вверху справа — для

нием асимметрии полного магнитного поля (вверху

полного магнитного поля по всем 10 гармоникам.

справа) и поля, построенного по высоким гармо-

Внизу слева — поле, рассчитанное по первым че-

никам (внизу справа). Распределение асимметрии

тырем гармоникам (волновые числа с 0 по 3),

поля по первым четырем гармоникам совершенно

справа — поле, рассчитанное по гармоникам с 5 по

отличается (нижняя левая карта). Таким образом,

10-ю (волновые числа с 4 по 9).¹

асимметрия в зеленой линии в большой степени

определяется полем высоких гармоник.

Двигаясь вдоль параллели, можно видеть, на

На рис. 2 приведена диаграмма распределения

каких долготах на данной широте доминирует се-

коэффициентов корреляции каждой из карт (точка

верное или южное полушарие. Так, например, на

на оси абсцисс) из рассматриваемого временного

рис. 1 зеленая линия (левая верхняя карта) заметно

интервала 1977-1986 гг. с последующими картами.

ярче в южном полушарии, чем в северном, на

Рисунок 2 построен следующим образом. Рассчи-

широтах ниже 60^◦ в диапазоне долгот от 0^◦ до

тывается коэффициент корреляции первой карты

60^◦ (белый цвет на карте). В этой области карты

со следующей (т.е. через 1 кэррингтоновский обо-

северо-южная асимметрия отрицательна. А в диа-

рот), затем через одну карту (т.е. через 2 оборота),

1 К сожалению,на рис.1 и 2 в (Бадалян,2010) и на рис. 1, 3

через 2 карты и т.д. до 23. Эти числа отложены по

и 4 в (Бадалян, 2012a) была допущена ошибка: указанная

оси ординат. Такой расчет выполняется для всех

по оси ординатширота возрастает не снизу вверх, а сверху

карт. Полученная таблица коэффициентов корре-

вниз. Подчеркнем, что допущенная на рисунках ошибка не

ляции позволяет построить общую диаграмму в ко-

повлияла на результаты и выводы работ Бадалян (2010,

ординатах время-смещение сопоставляемой карты

2012a). Здесь на рис. 1 и 4 карты расположеныправильно.

в оборотах. Время на оси абсцисс относится к пер-

Некоторое отличие от рис. 1 в (Бадалян, 2012a) связано с

немного иным сглаживанием карты.

вой из сопоставляемых карт, число на оси ординат

ПИСЬМА В АСТРОНОМИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ том 46

№ 10

2020

ПРОСТРАНСТВЕННЫЕ СТРУКТУРЫ СЕВЕРО-ЮЖНОЙ АСИММЕТРИИ

755

показывает, на сколько оборотов от первой карты

являются волнистость линии в нижней части диа-

отстоит вторая карта. Шкала под картой указы-

граммы и возникновение более устойчивых состоя-

вает значения коэффициентов корреляции. Обла-

ний в некоторые временные интервалы.

сти высокой положительной корреляции окрашены

Общее число точек, по которым построена часть

черным цветом, области отрицательной корреля-

верхней карты на рис. 2, в интервале 1977-2001 гг.

ции до 0.5 и больше по абсолютной величине — бе-

составляет 7038. Выберем из них те, в которых

лым. Найденные коэффициенты корреляции явля-

корреляция с отрицательным знаком превышает

ются мерой изменения карты широтно-долготного

0.5 по абсолютной величине. В общей выборке

распределения асимметрии со временем.

таких случаев 183 (2.6%) для зеленой линии, 133

В статье Бадалян (2012b) такой рисунок дан

(1.9%) для полного магнитного поля, 551 (7.8%)

для зеленой линии за весь интервал наблюдений —

для магнитного поля по первым четырем гармо-

обороты 1195-1983. Здесь на рис. 2 дана часть

никам и 53 (0.8%) для поля высоких гармоник.

этого интервала для зеленой линии, и далее карта

На рис. 3 представлены гистограммы распределе-

сопоставляется с аналогичными картами для пол-

ного магнитного поля, поля по первым четырем

ния этих коэффициентов корреляции. По оси абс-

цисс дано расстояние в кэррингтоновских оборотах

гармоникам и поля по гармоникам с 5 по 10-ю.

между последовательно сопоставляемыми карта-

На рис. 2 в большом масштабе можно выделить

ми.

области положительной корреляции между диа-

граммами и области отрицательной корреляции.

Рисунок 3 показывает различное распределение

Они сменяют друг друга во времени. Сопоставле-

случаев отрицательной корреляции для полей раз-

ние верхней карты с тремя нижними показывает,

личных масштабов. Гистограмма для зеленой линии

что между ними имеется как сходство в отдельных

наибольшим образом похожа на гистограмму по-

областях, так и различие. Имеются области высо-

лей больших масштабов (левый столбец). Полное

кой положительной корреляции при сопоставлении

поле (вверху справа) имеет два максимума — при-

близко расположенных карт и области довольно

мерно через 7-8 мес. и через 16-20 мес. Поля вы-

высокой отрицательной корреляции, иногда совпа-

соких гармоник имеют мало случаев превращения

дающие с такими же областями на верхней карте.

карты в негатив.

На рис. 2 можно отметить следующие особенно-

Гистограммы показывают, что карты, имеющие

сти в поведении коэффициентов корреляции:

между собой довольно высокую отрицательную

1) Самая высокая корреляция наблюдается с

корреляцию (превышающую 0.5 по абсолютному

последующими 1-5 картами (т.е. через 1-5 оборо-

значению), отстоят друг от друга на 10-20 кэрринг-

тов). Это означает, что примерно столько времени

тоновских оборотов или на 0.9-1.5 года. Времен-

сохраняется данное пространственное распреде-

ное расстояние между картами “позитив-негатив”

ление асимметрии. При этом можно видеть, что

можно интерпретировать как полуволну некоторой

примерно через 15-16 оборотов (14 мес.) воз-

квазипериодической функции. Полуволна в 10-

никает устойчивое состояние, которое держится

20 оборотов попадает в диапазон квазидвухлет-

более длительное время, например, около 1979,

них колебаний. Таким образом, чередование карт

1982 и 1984 гг. На диаграмме это проявляется

типа “позитив-негатив”, возможно, отражает ква-

как некоторая “волнистость” линии в нижней части

зидвухлетние колебания, хорошо выделяемые во

диаграммы.

временном ходе асимметрии, см. Бадалян и др.

2) На диаграмме имеются области значитель-

(2008), Бадалян, Обридко (2011).

ной отрицательной корреляции (внутренние части

областей белого цвета). В это время выбранная

В работе Бадалян (2009) было выяснено, что

карта как бы превращается в свой негатив. Видно,

часто сопоставление данной карты с последующи-

что наибольшее количество отрицательных коэф-

ми показывает, как через некоторое время возни-

фициентов корреляции показывают поля больших

кает карта, “структуры” асимметрии на которой

масштабов.

расположены примерно так же, как и на первой,

3) Наибольшее число точек с отрицательной

но только там, где величина A имела знак “плюс”

корреляцией показывает асимметрия поля боль-

(т.е. в северном полушарии линия ярче), на второй

ших масштабов (третья сверху карта). На этой

карте она имеет знак “минус”. Иначе говоря, через

карте видно квазипериодическое появление белых

какое-то время карта как бы превращается в свой

областей, примерно каждые 2-2.5 года.

негатив. На рис. 4 такое сопоставление выполнено

4) Поля более высоких гармоник имеют мало

для зеленой линии (верхний ряд) и для полей малых

точек отрицательной корреляции.

гармоник (нижний ряд). Выбраны те же карты,

5) Можно отметить сходство всех четырех карт.

как и в работе Бадалян (2009), для которых были

Так, около 1983 г. области отрицательной корре-

ошибочно указано направление оси ординат. Здесь

ляции возникают на всех картах. Также схожими

карты в левой колонке показаны правильно.

ПИСЬМА В АСТРОНОМИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ том 46

№ 10

2020

756

БАДАЛЯН

Сдвиг карты

Рис. 3. Гистограммы распределенияслучаев значительной корреляции с отрицательным знаком. По оси абсцисс указано

временное расстояние между картами в кэррингтоновских оборотах, по оси ординат — число случаев с коэффициентом

отрицательной корреляции, превышающим 0.5 по абсолютной величине. Верхний ряд — гистограммы для зеленой

корональной линии (слева) и полного магнитного поля; нижний ряд — для поля, рассчитанного по первым четырем

гармоникам (слева) и поля по гармоникам с 5 по 10-ю.

На картах в верхнем ряду видно, что на высоких

ЗАВИСИМОСТЬ АСИММЕТРИИ ОТ

широтах в диапазоне 100^◦-180^◦ усиление ярко-

ШИРОТЫ И ОТ ФАЗЫ ЦИКЛА

АКТИВНОСТИ

сти в северном полушарии (асимметрия положи-

тельна), наблюдаемое на левой карте, изменяется

На рис. 5 даны средние коэффициенты корре-

на ослабление яркости в том же диапазоне на

ляции асимметрии зеленой линии с полями разных

масштабов в зависимости от широты. Рисунок 5

правой карте (асимметрия отрицательна). Наобо-

показывает, что распределение асимметрии полей

рот, ослабление яркости в северном полушарии на

больших масштабов (малых гармоник) имеет низ-

низких широтах в диапазоне 250^◦-300^◦ на левой

кие коэффициенты корреляции с асимметрией в

карте изменяется на усиление яркости на правой

зеленой линии на всех широтах. Выше 40^◦ этот

карте. Схожие изменения можно проследить и для

коэффициент становится отрицательным — асим-

магнитного поля на картах нижнего ряда.

метрия полей больших масштабов совсем не по-

хожа на асимметрию в зеленой линии и для полей

На рис. 4 приведены примеры таких карт для

малых масштабов (размеров активных областей и

зеленой линии и поля больших масштабов. Карты

комплексов активности).

в правой колонке отстоят от карт в левой ко-

На рис. 6 показана зависимость коэффициентов

лонке на 15-17 оборотов. Расчет произведен по

корреляции от фазы цикла. Определение фазы

378 пространственно идентичными точкам (узлам)

(Митчелл, 1929):

карт, в пределах широт 5^◦-70^◦. В работе Бадалян

Φ = (τ - m)/(|M - m|).

(2)

(2012) было отмечено, что встречаются случаи,

Здесь τ — текущий момент времени, M и m —

когда карта изменяется дважды — как “позитив-

моменты ближайших максимума и минимума

негатив-позитив”. Можно видеть, что первая из

11-летнего цикла, соответственно. Таким образом,

таких трех карт через 32 оборота повторилась (хотя

согласно (1), фаза равна 0 в минимуме каждого

и со значительным искажением) в виде третьей

цикла активности, -1 в максимуме предшеству-

карты. Надежных таких случаев, конечно, мало.

ющего цикла и +1 в максимуме последующего.

ПИСЬМА В АСТРОНОМИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ том 46

№ 10

2020

ПРОСТРАНСТВЕННЫЕ СТРУКТУРЫ СЕВЕРО-ЮЖНОЙ АСИММЕТРИИ

757

180

270

360

180

270

360

180

270

360

180

270

360

Долгота

0.3 - 0.4

0.2 - 0.3

0.1 - 0.2

0.0 - 0.1

-0.1 - 0.0

-0.2 - -0.1

-0.3 - -0.2

-0.4 - -0.3

Рис. 4. Карты типа “позитив-негатив” для оборотов 1688-1693 (левая колонка) и для оборотов 1703-1708 (правая

колонка). Верхний ряд — асимметрия в зеленой корональной линии, нижний ряд — поля больших масштабов.

Фаза положительна на возрастающей ветви цикла

Здесь показано, что сходным образом ведет

и отрицательна на убывающей ветви. Приведение

себя и северо-южная асимметрия яркости зеле-

данных для нескольких циклов активности к

ной корональной линии. Магнитное поле явля-

зависимости от фазы цикла имеет смысл метода

ется определяющим параметром, под воздействи-

наложения эпох.

ем которого формируются различные корональ-

ные структуры и создаются физические условия,

В центре рис. 6 корреляция асимметрии в зе-

при которых возникает излучение в зеленой ли-

леной линии с асимметрией полного поля. Слева

нии. Тепловой режим короны является результа-

и справа — с полями малых и больших масштабов

том взаимодействия механизмов притока и оттока

соответственно. Рисунки 5 и 6 показывают, что на

вещества и энергии. Результаты, полученные Ба-

всех широтах наибольшее сходство в распределе-

далян, Обридко (2006, 2007) и Бадалян (2013) и

нии N-S асимметрии в линии имеет асимметрия

в данной работе, показывают, что эти механизмы

полей малых масштабов (размеров активных обла-

и их взаимодействие различны в экваториальной и

стей и комплексов активности).

в полярной зонах Солнца. Различными являются

Ранее была рассмотрена связь яркости зеленой

и устанавливающиеся в результате такого взаимо-

корональной линии с магнитными полями разных

действия условия баланса энергии и вещества в

этих зонах.

масштабов (Бадалян, 2013). Было показано, что в

зоне пятнообразования корреляция яркости зеле-

Результаты работы Бадалян, Обридко (2007)

ной корональной линии с напряженностью полного

указывают на то, что в минимуме, когда струк-

магнитного поля схожа с корреляцией с напряжен-

тура поля наиболее простая, в высокоширотной

ностью полей малых масштабов, которые в основ-

зоне доминируют волновые AC механизмы, а в

ном определяют светимость зеленой корональной

приэкваториальной — DC механизмы, связанные

линии в этой широтной зоне.

с медленной диссипацией магнитного поля (см.

ПИСЬМА В АСТРОНОМИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ том 46

№ 10

2020

758

БАДАЛЯН

0.6

0.4

0.2

0.4

Широта

Рис. 5. Средние коэффициенты корреляции асимметрии в зеленой линии с полями (сверху вниз) больших гармоник,

полным полем и полями низких гармоник).

1.0

0.5

1.0

0.5

1.0

0.5

1.0

Фаза

0.475

0.600

0.350

0.475

0.225

0.350

0.100

0.225

0.025

0.100

0.150

0.025

0.275

0.150

0.400

0.275

Рис. 6. Зависимость от фазы цикла коэффициента корреляции в зеленой линии с полями больших гармоник (слева),

полным полем (в центре) и крупномасштабными полями малых гармоник (справа).

также Ашванден, 2011). Подобное рассмотрение

ляют яркость и асимметрию зеленой корональной

было продолжено для полей различных масштабов

линии в зоне пятнообразования.

(Бадалян, 2013), и было показано, что в высокоши-

ротной зоне поля больших масштабов лучше объ-

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ясняют доминирование волновых АС механизмов,

Продолжено изучение пространственного рас-

чем общее магнитное поле, рассчитанное при сум-

пределения северо-южной асимметрии, начатое

мировании по 10 гармоникам. В экваториальных

для асимметрии яркости зеленой корональной

широтах поля малых масштабов, вероятнее всего,

линии (Бадалян, 2012). В данной работе такое

связаны с диссипативными процессами нагрева

рассмотрение проведено для корональных маг-

короны. Это поля масштабов больших активных

нитных полей различных масштабов. Свойства

областей и комплексов активности. Они опреде-

асимметрии в зеленой линии сопоставляются с

ПИСЬМА В АСТРОНОМИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ том 46

№ 10

2020

ПРОСТРАНСТВЕННЫЕ СТРУКТУРЫ СЕВЕРО-ЮЖНОЙ АСИММЕТРИИ

759

асимметрией в корональных магнитных полях

северо-южной асимметрии в цикле активности мо-

разных масштабов. Для самих величин яркости

гут быть полезны при построении теорий динамо.

зеленой линии и напряженности магнитных полей

Работа поддержана Российским фондом фунда-

такое сопоставление было выполнено Бадалян

ментальных исследований (проект 17-02-00300).

(2013), и было показано, что светимость зеленой

линии в зоне пятнообразования определяется

полями масштабов активных областей.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

В работе получены следующие результаты:

Ашванден

(M.J.

Aschwanden),

http://

1. Построены синоптические карты распределе-

www.lmsal.com/∼aschwand/ppt/2011_JENAM.ppt

ния северо-южной асимметрии для яркости зеле-

(2011).

ной корональной линии, полного магнитного поля

Бадалян О.Г., Циклы активности на Солнце и

и полей малых и больших масштабов за 1977-

звездах. Тр. рабочего совещания 18-19 декабря

2001 гг.

2009 г., Москва (ред. В.Н. Обридко, Ю.А. Нагови-

2. Многие особенности распределения северо-

цын, Изд-во BBM, С-Петербург, 2009), с. 205.

южной асимметрии на поверхности Солнца, обна-

Бадалян О.Г., Солнечная и солнечно-земная

руженные ранее в поведении асимметрии зеленой

физика — 2010 Тр. Всероссийской ежегодн.

корональной линии, характерны также и для маг-

конф. (ред. А.В. Степанов, Ю.А. Наговицын,

нитных полей различных масштабов. Таким обра-

С.-Петербург, ГАО РАН, 2010), с. 27.

зом, распределение асимметрии и его временные

Бадалян О.Г., Астрон. журн. 88, 1009 (2011).

изменения имеют универсальный характер.

Бадалян О.Г., Письма в Астрон. журн. 38,

(2012a)

[O.G. Badalyan, Astron. Lett.

38,

3. Кросс-корреляция этих карт для совокупно-

(2012a)].

сти пространственно совпадающих точек показала,

Бадалян О.Г., Солнечная и солнечно-земная

что наибольший коэффициент корреляции северо-

физика — 2012 Тр. Всероссийской ежегодн.

южной асимметрии в зеленой линии показывает

конф. (ред. А.В. Степанов, Ю.А. Наговицын,

асимметрия полей малых масштабов. Асиммет-

С.-Петербург, ГАО РАН, 2012b), с. 5.

рия глобальных полей имеет малую корреляцию с

Бадалян О.Г., Астрон. журн. 90, 253 (2013).

асимметрией зеленой линии. Таким образом, под-

Бадалян, Обридко (O.G. Badalyan and

тверждается сделанное ранее предположение, что

V.N. Obridko), Solar Phys. 238, 271 (2006).

пространственное распределение асимметрии мо-

Бадалян О.Г., Обридко В.Н., Письма в Астрон.

жет быть связано с магнитными полями масштабов

журн. 33, 210 (2007) [O.G. Badalysn, V.N. Obridko,

больших активных областей и комплексов актив-

Astron. Lett. 33, 182 (2007)].

ности.

10.

Бадалян, Обридко (O.G. Badalyan and

4. Зональные структуры, наблюдаемые в северо-

V.N. Obridko), New Astron. 16, 357 (2011).

южной асимметрии, показывают, что усиление или

11.

Бадалян О.Г., Обридко В.Н., Солнечная

уменьшение активности в северном полушарии

и солнечно-земная физика

2015

Тр.

относительно южного довольно часто меняется

Всероссийскойежегодн. конф. (ред. А.В. Степанов,

на противоположное на соответствующем ха-

Ю.А. Наговицын, С.-Петербург, ГАО РАН, 2015),

рактерном временном масштабе, иначе говоря,

с. 19.

синоптическая карта изменяется на свой негатив.

12.

Бадалян, Обридко (O.G. Badalyan and

V.N. Obridko), Astron. Astrophys. 603, id. A109, 10

Рассмотренное пространственное распределе-

(2017).

ние северо-южной асимметрии в зеленой коро-

13.

Бадалян О.Г., Обридко В.Н., Рыбак Я., Сикора Ю.,

нальной линии и в магнитном поле показало, что

Астрон. журн. 82, 740 (2005).

такой подход к изучению асимметрии открывает

14.

Бадалян и др. (O.G. Badalyan, V.N. Obridko, and

новые возможности для исследования и интерпре-

J. S ´ykora), Solar Phys. 247, 379 (2008).

тации этого феномена. Разумным представляется

15.

Баллестер и др. (J.L. Ballester, R. Oliver, and

предположение, что образование “структур” асим-

M. Carbonell). Astron. Astrophys. 431, L5 (2005).

метрии, их размеры и временн ´ое изменение могут

16.

Вальдмайер (M. Waldmeier), Solar Phys. 29, 332

быть связаны с магнитным полем и, вероятно,

(1971).

с поведением достаточно высоких (выше квадру-

17.

Вальдмайер (M. Waldmeier), Zs. Astrophys. 38, 37

поля) гармоник поля. Исследование такой связи,

(1955).

возможно, приблизит нас к выяснению природы

18.

Визосо, Баллестер (G. Vizoso and J.L. Ballester),

N-S асимметрии солнечной активности.

Astron. Astrophys. 229, 540 (1990).

Подчеркнем, что северо-южная асимметрия яв-

19.

Гусева,

Наговицын (S.A. Guseva and

ляется особой, очень информативной характери-

Yu.A. Nagovitsyn), Geomagnetism and Aeronomy

стикой солнечной активности, которая является

52, 431 (2012).

свидетельством и мерой несинхронности работы

20.

Карбонелл и др. (M. Carbonell, R. Oliver, and

двух полушарий Солнца. Особенности поведения

J.L. Ballester), Astron. Astrophys. 274, 497 (1993).

ПИСЬМА В АСТРОНОМИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ том 46

№ 10

2020

760

БАДАЛЯН

21. Карбонелл и др. (M. Carbonell,J. Terradas,R. Oliver,

32. Сикора (J. S ´ykora), Bull. Astron. Inst. Czechosl. 22,

and J.L. Ballester), Astron. Astrophys. 476,

951

12 (1971).

(2007).

33. Сикора, Рыбак (J. S ´ykora and J. Ryb ´ak), Solar Phys.

22. Кнаак и др. (R. Knaack, J.O. Stenflo, and

S.V. Berdyugina), Astron. Astrophys.

418, L17

261, 321 (2010).

(2004).

34. Сикора, Рыбак (J. S ´ykora and J. Ryb ´ak), Adv. Space

23. Ли и др. (K.J. Li, J.X. Wang, S.Y. Xiong, et al.),

Astron. Astrophys. 383, 648 (2002).

Res. 35, 393 (2005).

24. Мариш и др. (J. Mari ¸s, M.D. Popescu, and

35. Сторини, Сикора (M. Storini and J. S ´ykora), Nuovo

M. Mierla), Rom. Astron. J. 12(2), 131 (2002).

Cimento 20C, 923 (1997).

25. Митчелл (S.A. Mitchell), Handb. Aph. 4, 231 (1929).

26. Мюллер (R. M ¨uller), Z. Astrophys. 35, 61 (1954).

36. Харшиладзе А.П., Иванов К.Г., Геомагн. и аэрон.

27. Наговицын Ю.А., Изв. Главн. Астрон. Обсерв. 212,

34(4), 22 (1994).

145 (1998).

28. Ньютон, Милсом (H.W. Newton and A.S. Milsom),

37. Хоексема (J.T. Hoeksema), Solar magnetic

MNRAS 115, 398 (1955).

fields — 1985 through

1990

(Report CSSA-

29. Обридко, Шельтинг (V.N. Obridko and

ASTRO-91-01, 1991).

B.D. Shelting), Solar Phys. 184, 187 (1999).

30. Рушин (V. Ru ˇsin), Bull. Astron. Inst. Czechosl. 31, 9

38. Хоексема, Шеррер (J.T. Hoeksema and

(1980).

P.H. Scherrer), The Solar Magnetic Field —

31. Сикора (J. S ´ykora), Solar and Interplanetary

1976

through

1985

(WDCA Report UAG-94,

Dynamics, Ed. M. Dryer, E. Tandberg-Hanssends

NGDC, Boulder, 1986).

(Reidel, Dordrecht, 1980), p. 87.

ПИСЬМА В АСТРОНОМИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ том 46

№ 10

2020