35-летний цикл в солнечной активности в 1000–1900 гг

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Проведен спектральный анализ солнечной активности в 1000–1900 гг. с помощью Фурье-преобразования и вейвлет-анализа в диапазоне, лежащем между периодом магнитного цикла Хейла (~22 года) и цикла Глейсберга (50−120 лет). В качестве исходных данных были использованы две реконструкции числа солнечных пятен по косвенным данным на основе: а) числа низкоширотных полярных сияний и б) концентрации 14C в кольцах деревьев. Проведенный анализ показал, что в спектрах обеих реконструкций наблюдаются выраженные стабильные вариации с периодом ~30 и ~40 лет, которые присутствуют даже во время гранд-минимумов/максимумов. Источником этой вариации предполагается частотная модуляция циклом Зюсса с периодом ~200 лет основного колебания с периодом ~35 лет, в результате чего образуются две боковые ветви ~30 и ~40 лет. Некоторая разница в полученных спектрах двух реконструкций может быть связана с различным вкладом закрытых и открытых магнитных полей при восстановлении солнечной активности из разных косвенных данных.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Н. Г. Птицына

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

Автор, ответственный за переписку.
Email: nataliaptitsyna@yahoo.com

Санкт-Петербургский филиал

Россия, Санкт-Петербург

И. М. Демина

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

Email: nataliaptitsyna@yahoo.com

Санкт-Петербургский филиал

Россия, Санкт-Петербург

Список литературы

  1. Баскаков С.И. Радиотехнические цепи и сигналы. М.: Ленард, 528 с. 2016.
  2. Вальчук Т.Е., Лившиц М.А., Фельдштейн Я.И. Зондирование геомагнитным полем высокоширотного магнитного поля Солнца // Письма в Астрон. журн. Т. 4. № 11. С. 515–519. 1978.
  3. Витинский Ю.А., Копецкий М., Куклин Г.В. Статистика пятнообразовательной деятельности Солнца. М.: Наука, 296 с. 1986.
  4. Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы. М.: Советское радио, 608 с. 1977.
  5. Ланда П.С. Нелинейные колебания и волны. М.: Наука, 495 с. 1997.
  6. Наговицын Ю.А. Солнечная активность двух последних тысячелетий: “Служба Солнца” в древнем и средневековом Китае // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 41. № 5. С. 711–720. 2001.
  7. Наговицын Ю.А. Изменения циклических характеристик магнитной активности Солнца на длительных временных шкалах // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 54. № 6. С. 723–729. 2014. https://doi.org/10.7868/S0016794014060133
  8. Обридко В.Н., Канониди Х.Д., Митрофанова Т.А., Шельтинг Б.Д. Солнечная активность и геомагнитные возмущения // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 53. № 2. С. 157–166. 2013. https://doi.org/10.7868/S0016794013010148
  9. Обридко В.Н., Наговицын Ю.А. Солнечная активность, цикличность и методы прогноза. СПб.: ВВМ, 466 c. 2017.
  10. Птицына Н.Г., Тясто М.И., Храпов Б.А. 22-летний цикл в частоте появления полярных сияний в XIX веке: широтные эффекты // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 57. № 2. С. 208–216. 2017. https://doi.org/10.7868/S0016794017020110
  11. Птицына Н.Г., Демина И.М. Реконструкция солнечной активности в 1000–1700 гг. по данным о полярных сияниях с учетом вклада главного магнитного поля земли // Геомагнетизм и аэрономия. T. 60. № 4. С. 515−527. 2020. https://doi.org/10.31857/S0016794020030153
  12. Птицына Н.Г., Демина И.М. Частотная модуляция как причина возникновения дополнительных ветвей векового цикла Глейсберга в солнечной активности // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 62. № 1. С. 52–66. 2022. https://doi.org/10.31857/S0016794022010163
  13. Птицына Н.Г., Демина И.М. Влияние цикла Глейсберга на вариации периода 11-летнего цикла солнечной активности в 1700–2021 гг. // Геомагнетизм и аэрономия. T. 63. № 3. С. 284–297. 2023. https://doi.org/10.31857/S0016794022600508
  14. Птицына Н.Г., Демина И.М. Солнечный цикл Швабе в 1000–1700 гг.: вариации длины и амплитуды // Геомагнетизм и аэрономия. T. 64. № 2. С. 217–229. 2024. https://doi.org/10.31857/S0016794024020059
  15. Bertello L., Pevtsov А.А., Ulrich Р.К. 70 years of chromospheric solar activity and dynamics // Astrophys. J. V. 897. № 2. P. 181–195. 2020. https://doi.org/10.3847/1538-4357/ab9746
  16. Brehm N., Bayliss A., Christl M. et al. Eleven-year solar cycles over the last millennium revealed by radiocarbon in tree rings // Nat. Geosci. V. 14. P. 10–15. 2021. https://doi.org/10.1038/s41561-020-00674-0
  17. Borovsky J.E., Denton M.H. Differences between CME-driven storms and CIR-driven storms // J. Geophys. Res. V. 111. № 7. ID A07S08. 2006. https://doi.org/10.1029/2005jA011447
  18. Bothmer V., Desai M.I., Marsden R.G., Sanderson T.R., Trattner K.J., Wenzel K.-P., Gosling J.T., Balogh A., Forsyth R.J., Goldstein B.E. ULYSSES observations of open and closed magnetic field lines within a coronal mass ejection // Astron. Astrophys. V. 316.№ 2. P. 493–498. 1996.
  19. Brückner E. Klimaschwankungen seit 1700. Wien, Olmütz: Ed. Hölzel, 325 p. 1890.
  20. Cliver E.W., Pötzi W., Veronig A.M. Large sunspot groups and great magnetic storms: Magnetic suppression of CMEs // Astrophys. J. V. 938. № 2. ID 136. 2022. https://doi.org/10.3847/1538-4357/ac847d
  21. Clilverd M.A., Clarke E., Ulich T., Rishbeth H., Martin J. Predicting solar cycle 24 and beyond // Space Weather. V. 4. № 9. ID S09005. 2006. https://doi.org/10.1029/2005SW000207
  22. Connor F.R. Modulation. London: Edward Arnold Ltd., 133 p. 1982.
  23. Daubechies I. Ten lectures on wavelets. Philadelphia, PA: Society for industrial and applied mathematics, 369 p. 1992. https://doi.org/10.1137/1.9781611970104
  24. Davies Е.Е, Scolini C., Winslow R.M., Jordan A.P., Möstl C. The effect of magnetic field line topology on ICME-related GCR Modulation // Astrophys. J. V. 959. № 2. ID 133. 2023. https://doi.org/10.3847/1538-4357/ad046a
  25. Echer E., Rigozo N.R., Nordemann D.J.R., Vieira L.E.A. Prediction of solar activity on the basis of spectral characteristics of sunspot number // Ann. Geophys. V. 22. № 6. P. 2239–2243. 2004. https://doi.org/10.5194/angeo-22-2239-2004
  26. Eddy J.A. The historical record of solar activity / The ancient sun: Fossil record in the earth, moon and meteorites / Proceedings of the Conference. Boulder. CO. October 16–19, 1979. (A81-48801 24-91). New York, Oxford: Pergamon Press. P. 119–134. 1980.
  27. Gonzalez W.D., Joselyn J.A., Kamide Y., Kroehl H.W., Rostoker G., Tsurutani B.T., Vasyliunas V.M. What is a geomagnetic storms? // J. Geophys. Res. V. 99. № 4. P. 5771–5792. 1994. https://doi.org/10.1029/93JA02867
  28. Grossmann A., Morlet J. Decomposition of Hardy functions of constant shape // SIAM J. Math. Anal. V. 15. № 4. P.723–736. 1984. https://doi.org/10.1137/0515056
  29. Gopalswamy N. The sun and space weather // Atmosphere. V. 13. № 11. ID 1781. 2022. https://doi.org/10.3390/atmos13111781
  30. Feynman J., Gabriel S.B. Period and phase of the 88-year solar cycle and the Maunder minimum: Evidence for a chaotic sun // Sol. Phys. V. 127. № 2. P. 393–403. 1990. https://doi.org/10.1007/BF00152176
  31. Feynman J., Ruzmaikin A. The Centennial Gleissberg Cycle and its association with extended minima // J. Geophys. Res. – Space. V. 119. № 8. P. 6027–6041. 2014. https://doi.org/10.1002/2013JA019478
  32. Kane R.P. Prediction of the sunspot maximum of solar cycle 23 by extrapolation of spectral components // Sol. Phys. V. 189. № 1. P. 217–224. 1999. https://doi.org/10.1023/A:1005298313886
  33. Keimatsu M., Fukushima N., Nagata T. Archaeo-aurora and geomagnetic secular variation in historic time // J. Geomagn. Geoelectr. V. 20. № 1. P. 45–50. 1968. https://doi.org/10.5636/jgg.20.45
  34. Kudsk S.G., Knudsen M.F., Karoff C., Baittinger C., Misios S., Olsen J. Solar variability between 650 CE and 1900 – Novel insights from a global compilation of new and existing high-resolution 14C records // Quaternary Sci. Rev. V. 292. ID 107617. 2022. https://doi.org/10.1016/j.quascirev.2022.107617
  35. Liritzis Y., Petropoulos B. Latitude dependence of auroral frequency in relation to solar-terrestrial and interplanetary parameters // Earth Moon Planets. V. 39. № 1. P. 75–91. 1987. https://doi.org/10.1007/BF00054435
  36. McCracken K.G., Beer J., Steinhilber F., Abreu J. A phenomenological study of the cosmic ray variations over the past 9400 years, and their implications regarding solar activity and the solar dynamo // Sol. Phys. V. 286. № 2. P. 609−627. 2013. https://doi.org/10.1007/s11207-013-0265-0
  37. Meng X., Tsurutani B.T., Mannucci A.J. The solar and interplanetary causes of superstorms (minimum Dst ≤ −250 nT) during the space age // J. Geophys. Res. V. 124. № 6. P. 3926–3948. 2019. https://doi.org/10.1029/2018JA026425
  38. Muscheler R., Joos F., Beer J., Müller S.A., Vonmoos M., Snowball I. Solar activity during the last 1000 yr inferred from radionuclide records // Quaternary Sci. Rev. 2006. V. 26. № 1–2. P. 82–97. 2006. https://doi.org/10.1016/j.quascirev.2006.07.012
  39. Peristykh A.N., Damon P.E. Persistence of the Gleissberg 88 year cycle over the last ~12,000 years: Evidence from cosmogenic isotope // J. Geophys. Res. − Space. V. 108. № 1. ID 1003. 2003. https://doi.org/10.1029/2002JA009390
  40. Petrovay K. Solar cycle prediction // Living Rev. Sol. Phys. V. 17. ID 2. 2020. https://doi.org/10.1007/s41116-020-0022-z
  41. Raspopov O.M., Shumilov O.I, Kasatkina EA, Turunen E., Lindtholm M. 35-year climatic Bruckner cycle – solar control of climate variability? / Proc. 1st Solar and Space weather Euroconference “The solar cycle and terrestrial climate”. Santa Cruz de Tenerife, Spain. September 25–29, 2000. Ed. A. Wilson. Noordwijk, Netherlands: ESA Publications Division. P. 517. 2000.
  42. Schove D.J. Aurora numbers since 500 B.C. // Journal of the British Astronomical Association. V.72. № 1. P. 31–35. 1962.
  43. Silverman S.M. Secular variation of the aurora for the past 500 years // Rev. Geophys. V. 30. № 4. P. 333–351. 1992. https://doi.org/10.1029/92RG01571
  44. Simon P.A., Legrand J.P. Solar cycle and geomagnetic activity: A review for geophysicists. Part II. The solar sources of geomagnetic activity and their links with sunspot cycle activity // Ann. Geophys. V. 7. № 6. P. 579–593. 1989.
  45. Siscoe G.L. Evidence in the auroral record for secular solar variability // Rev. Geophys. V. 18. № 3. P. 647–658. 1980. https://doi.org/10.1029/RG018i003p00647
  46. Singh Y.P., Badruddin B. Prominent short-, mid-, and long-term periodicities in solar and geomagnetic activity: Wavelet analysis // Planet. Space Sci. V. 96. P. 120–124. 2014. https://doi.org/10.1016/j.pss.2014.03.019
  47. Svalgaard L. Up to nine millennia of multimessenger solar activity // arXiv Preprint: 1810.11952. 2018. https://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/1810/1810.11952.pdf
  48. Travers R., Usoskin I.G., Solanki S.K., Becagli S., Frezzetti M., Severi M., Stenni B., Udisti R. Nitrate in polar ice: a new tracer of solar variability // Sol. Phys. V. 280. № 1. P. 237–254. 2012. https://doi.org/10.1007/s11207-012-0060-3
  49. Tsurutani B., Gonzalez W., Gonzalez A.L.C. et al. Corotating solar wind streams and recurrent geomagnetic activity: a review // J. Geophys. Res. V. 111. № 7. ID A07S01. 2006. https://doi.org/10.1029/2005JA011273
  50. Usoskin I.G. A history of solar activity over millennia // Living Rev. Sol. Phys. V. 14. ID 3. 2017. https://doi.org/10.1007/s41116-017-0006-9
  51. Usoskin I.G., Solanki S.K., Kovaltsov G.A. Grand minima and maxima of solar activity: new observational constraints // Astron. Astrophys. V. 471. № 1. P. 301–309. 2007. https://doi.org/10.1051/0004-6361:20077704
  52. Usoskin I.G., Solanki S.K., Krivova N., Hofer B., Kovaltsov G.A., Wacker L., Brehm N., Kromer B. Solar cycle activity over the last millennium reconstructed from annual 14C data // Astron. Astrophys. V. 649. ID A141. 2021. https://doi.org/10.1051/0004-6361/202140711
  53. Vazquez M., Vaquero J.M., Gallego M.C. Long-term spatial and temporal variations of aurora borealis events in the period 1700–1905 // Sol. Phys. V. 289. № 5. P. 1843–1861. 2014. https://doi.org/10.1007/s11207-013-0413-6
  54. Veretenenko S., Ogurtsov M., Obridko V. Long-term variability in occurrence frequencies of magnetic storms with sudden and gradual commencements // J. Atmos. Sol.–Terr. Phy. V. 205. ID 105295. 2020. https://doi.org/10.1016/j.jastp.2020.105295
  55. Webb D.F., Crooker N.U., Plunkett S.P., St. Cyr O.C. The solar sources of geoeffective structures / Space Weather: Progress and Challenges in Research and Applications. Eds. P. Song, H.J. Singer, G. Siscoe / Geophysical Monograph Series. V. 125. Washington, DC: AGU. P. 123–141. 2001. https://doi.org/10.1029/GM125p0123

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Реконструированные ряды солнечной активности. (а) – по полярным сияниям ряд SN1, (б) – по 14C ряд SN2; (в) – сглаженные и нормированные ряды: сплошной линией показан ряд SN1, штриховой линией – ряд SN2. Вертикальными линиями отмечены гранд-минимумы.

Скачать (286KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Спектры анализируемых временных рядов до (а) и после фильтрации (б).

Скачать (401KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Вейвлет-спектр временного ряда SN1. Изолинии ‒ модуль вейвлет-коэффициентов, круги ‒ максимумы 30-летней составляющей, ромбы ‒ максимумы 40-летней составляющей.

Скачать (412KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Изменение периода 30−40-летних составляющих, найденных по вейвлет-спектру SN1 и прогнозируемых в рамках гипотезы о модуляции длинноволновым сигналом. Кругами обозначены периоды 30-летней составляющей, ромбами – 40-летней, закрашенные – полученные из вейвлет-спектра, незакрашенные – прогнозируемые.

Скачать (148KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Вейвлет-спектр временного ряда SN2. Условные обозначения те же, что и для рис. 3, звездочками отмечен выделяемый период основного колебания с периодом T = 35±1 год.

Скачать (368KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Изменение периода 30- и 40-летних составляющих, найденных по вейвлет-спектру SN2 и прогнозируемых в рамках гипотезы о модуляции длинноволновым сигналом. Условные обозначения те же, что на рис. 4.

Скачать (135KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Сравнение прогнозируемых ветвей 35-летнего основного колебания по вейвлет-спектрам SN1 и SN2. Символами обозначены прогнозируемые периоды 30-летней ветви SN2, символами – то же 40-летней ветви, – то же 30-летней и –40-летней ветви SN1.

Скачать (167KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Взаимные корреляционные функции 40-летней (а) и 30-летней (б) спектральных составляющих в SN1 и SN2. Стрелками отмечены обсуждаемые в тексте максимумы.

Скачать (149KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».