Введение к работе
Актуальность проблемы. Интерпретация изменения распределения напряженности магнитного поля аа поверхности Солнца является одной из важных проблем гелиофизики. Представляемая работа посвящена исследованию вариаций распределения крупномасштабной компоненты магнитного поля, происходящих с характерным зремеием порядка нескольких периодов обращения Солнца вокруг собственной оси. К такого рода явлениям можно отнести возникновение выделенных периодов вращения магнитных полей, изменения чтих периодов, дрейфы осесимметрччией компоненты магнитного пола (ОКМП) к полюсу, трехкратные перег.опюс.овки.
Интерпретация эффектов, явлчющихся отклонениями от плавного, идеализированного изменения физических величин в течение 11-летнего цикла солнечной активности, привела к целому ряду предположений и гипотез относительно источников крупномасштабной компоненты магнитного поля (ККМП), вызывающих такие вариации. В частности, высказывалось предположение о существовании источников ККМП, расположенных в основании конвективной зоны. Однако, теоретической концепции, которая позволила бы интерпретировать перечисленную выше совокупность событий на единой физической основе, в настоящее ьремя пока нет.
Задача разработки теоретической модели язлений с характерным врегле-нем изменения порядка нескольких оборотов Солнца осложняется тем, что информация, которой мы располагаем к настоящему времени об г>тих событиях, носит в большей степени качественный, а не количественный характер. Несмотра на то, что в настоящее время я этой области сделано большое количество работ, основанных на обработке экспериментальных данных, остается много неясностей в поведении ККМП. Поэтому развитие методик обработки экспериментальных данных для получения достоверной информации о физической природе источников ККМП остается по-прежнему актуальной задачей.
Соглсчсно теории генерации магнитных полей источниками магнитного поля являются гидродинамические, течения. Поэтому задача построения модели рассматриваемых явлений разбивается на две части. Во-первых, необходимо выбрать и обосновать систему уравнений, описывающую динамику гидродинамических течений и удовлетворяют}'ю ограничениям, поставленным результатами обработки зкеперименте.льных данных. Необходимо выяснить структуру
течений, получаемых в результате решения уравнений, механизмы их усиления и стабилизации. Вс-вторыз, необходимо рассмотреть генерацию магнитного поля гидродинамическими течениями, структуру получаемых магнитных образовании и их динамику. Далее, с помощью получаемых результатов, необходимо интерпретировать вффекты, выявляемые по экспериментальным данным.
Целью работы молило!.-, исследование динамики наиболее крупномасштабных составляющих магнитного поля Солнца на основе экспериментальных данных и построение физической модели источников ККМП, позволяющей интерпретировать возникновение рассматриваемого типа вариаций
Научная новизна работы. В работе предложел новый метод анализа експериментальних данных - карт распределения напряженности магнитного поля на осьове выделения в отдельных широтных зонах размером 30 неосесимме-гричных компонент с пространственным периодом по долготе ровным периметру окруялостя сферы. Предложенная методика позволила наглядно про-демоястрироьаїь основные особенности изменения вращения неосесимметрич-ных компонент магнитного поля (НКМП) различных широтных зон в течение 20, 21 и 22 циклов солнечной активности и выделить наиболее яркие аффекты.
Дія интерпретации найденных аффектов в качестве источников ККМП предложены вихри Россби, возбуждаемые D тонком слое под конвективной зоной. Найден новый механизм усиления и поддержания крупномасштабных вихрей в нодогреоаемом снизу, вращающемся тонком слое жидкости с деформируемой верхней свободной поверхностью. Найдены два новых механизма стабилизации амплитуды вихрей Росі. ,и - за счет взаимодействия с мелкомасштабной концепцией и за счет нелинейных эффектов при достаточно больтої" деформации верхней свободной поверхности. Показана возможность генерации крупномасштабной компоненты магнитного поля вихрями Россби.
Впервые с помощью вихрей Рогсби численно смоделированы различные особенности в динамике НКМП и ОКМИ Солнца: появление выделенных периодов вращения НКМП при возникновении вихря Россби; совместное вращение НКМП с осі-дних широтных зон с периодом вращения больше или порядка коррингтоковемчо; дрейф ОКМП к полюсу Солнца и характерные изменения вращения НКМП р;ізличних широтных зон в атот период времени.
Научное и практическое значение работы. Диссертация содержит анализ и сопоставление динамики ОКМП и НКМП отдельных широтных зон ь
20-22 циклах солнечной активности. Проведено сравнение с результатами обработки експериментальних данных, проведенных другими методами, что позволяет глубже исследовать физическую природу рассматриваемых вариаций.
Предложенная физическая модель источников магнитного поля, обуславливающих вариации НКМІІ и ОКМП дает результаты, которые согласуются на качественном уровне с результатами, получаемыми в результате обработки экспериментальных данных. При получении более точной, количественной информации о рассматриваемых вариациях и об условиях в основании конвективной зонм возможен переход к более точной модели длч достижения согласил на количественном уровне. Это, н свою очередь, открывает путь к долгосрочному прогнозированию геоэффективных событий, связанных с быстрыми перестройками крупномасштабной структуры магнитных полей.
На защиту ныносятся следующие положения и результаты:
1. Механизм усиления и поддержания крупномасштабных вихрей Россби в тонком, вращающемся, подогреваемом снизу слое жидкости с деформируемой верхней свободной поверхностью.
1. Механизмы стабилизации амплитуды крупномасштабных вихрей Россби за счет нелинейных аффектов, связанных с деформацией верхней свободной поверхности, и за счет взаимодействия с. мелкомасштабной конвекцией.
-
Механизм генерации крупномасштабных магнитных структур вихрями Россби.
-
Методика анализа вращения наиїїолсе крупномасштабных игос^сулпле-v-ричных компонент магнитного поля: в отдельных широтных зонах.
Апробация работы. Основные, результаты работы докладывались на Международной конференции по солнечной физике в Ашхабаде (1039 г.), на Седьмой Европейской конференции по солнечной физике "'Успехи в солнечной физике"' (Италил, Катания, 1993 г.), п такжо ил семинарах в ИС.ЗФ СО РАН.
По материалам диссертации опубликовано 12 научных работ, список которых приведен в конце автореферата.
Обьем л структура работы. Диссертация состоит из сведения, трех глал, заключения, списка литературы и трех приложений. Объем диссертации 130 страниц, в том числе Я7 рисунков. Список литературы содержит 136 наименований.
