Исследование общего магнитного поля и периодических процессов на Солнце тема автореферата и диссертации по астрономии, 01.03.02 ВАК РФ

о л

российская академия наук

физико-технический институт им. а.ф.иоффе

на правах рукописи КОТОВ Валерий Александрович УДК 523.9

ИССЛЕДОВАНИЕ ОБЩЕГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ И ПЕРИОДИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ НА СОЛНЦЕ

(Специальность: 01.03.02 - астрофизика, радиоастрономия)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

Санкт-Петербург - 1993

Работа выполнена в Крымской астрофизической обсерватории АН СССР

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук Ю.В.Вандакуров

доктор физико-математических наук Р.Н.Ихсанов

доктор физико-математических наук В.Н.Обриджо

Ведущая организация: Институт солнечно-земной физики СО РАН, Иркутск

Задщта состоится 199.£. г. в

"..л//...? час на заседании специализированного совета..........

¿^7при Физико-техническом институте им. А.Ф.Иоффе РАН по адресу:

194021, С.-Петербург, ул. Политехническая, 26. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФТИ.

Автореферат разослан ^ 1993 г.

Ученый секретарь специализированного совета кандидат физико-математ. наук

А.Л.Орбели

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

1.1. Актуальность. До 70-х годов знания о внутреннем строении (ВС) и эволюции звезд и Солнца (С.) основывались в основном на теоретических (теор.) представлениях, некоторых косвенных наблюдательных фактах и изучении поверхностных структур (в случае С.) и активных явлений. Прямой информации о внутризвездных условиях получить из наблюдений было невозможно. Тем не менее, создан ряд моделей с. и звезд, описывающих эволюцию, светимость, химсостав и др. Конечным результатом моделей С., с эволюцией к 4,6-109 лет, является т.наз. стандартная (станд.) модель С. «Ядерные реакции в ядре обеспечивают светимость X© и тепловое давление, уравновешивающее гравитационную (грав.) силу и удерживающее звезду в равновесии. Решение уравнений дает: химсостав Х,У,г (обозначения и сокращения обычные), распределение р,р,Т внутри, поток нейтрино и спектр акустических (акуст.) колебаний фотосферы. Однако и 20 лет назад измерения Р„ от С. встревожили астрофизиков: (= 2,1±0,9 БА'П сейчас) меньше, чем предсказывает теория и станд. модель (« 7,9 ± 2,6 $N17). Решение проблемы - или в неизвестных свойствах нейтрино, или в радикальном уточнении знаний о глубоких солн. недрах.

Анализ поверхности и глубоких недр С. усложняется эффектами, связанными с вращением и магнитным полем (м.п.). Широкие возможности для изучения фпз. свойств С. предоставляет переменность на разных масштабах времени. Переменность С. можно разделить на типы: а) явления активности: пятна, акт. области, вспышки, сопутствующие процессы и др.; б) 11- и 22-лет. циклы; в) переменность на шкале >50 лет; г) переменность, обусловленная вращением С.; д) колебания.

Предмет исследования - переменность С., связанная с (1) вариациями глобального м.п. С. как звезды, обусловленными (а) вращением, (б) эволюцией м.п. за сутки-месяцы- годы, (в)

быстрыми флуктуациями, (г) 22-лет. циклом, и (2) глобальными колебаниями. Основные величины, измеряемые и/или анализируемые: общее м.п. (ОМП) С. как звезды и межпланетное м.п. (ММП), лучевая скорость колебаний фотосферы и флуктуации яркости, а также вспышки.

В изучении солн. магнетизма много нерешенных проблем: 1) объяснение 22-лет. магн. цикла; закономерности в смене полярности поля пятен и полюсов; широтный дрейф зоны пятно-образования; 2) генерация м.п. динамо-механизмом при участии конвекции и дифф. вращения; 3) вопросы МГД устойчивости и магнитной диссипации и плавучести,- во взаимосвязи с проблемой генерации м.п. в глубине С. и топологией м.п. на поверхности; 4) временные вариации ОМП; 5) влияние м.п. на осцилляции, связь с вращением (особенно в глубине, под конвективной зоной (КЗ)); 6) вынос м.п. из фотосферы, потеря вращательного момента и влияние на эволюцию С.

В нелинейной динамо-модели получено ограничение на зависимость скорости вращения $1 от глубины КЗ: <Ш/йг < 0. Новые данные гелиосейсмологии (ГС), однако, указывают на уменьшение П внутри и под КЗ,- за исключением верхних слоев фотосферы и, возможно, ядра.

Особый интерес представляют: 1) полярное м.п. и его пе-реполюсовки; 2) т.наз. разбаланс (асимметрия) м.п., измеряемого в фотосфере или межпланетном пространстве: перевес одной полярности над другой в N или 5 полусфере или на всем видимом диске С.; 3) дуализм м.п. С. по отношению к вращению: дифференциальное (дифф.) по широте с признаками "твердотельного" вращения.

При изучении магнетизма С. большое значение имеют измерения интегрального м.п. С. как звезды. Такие измерения начаты акад. А.Б.Северным в 1968 г. и продолжены автором (с сотрудниками) до 1976 г. Впоследствии регулярные измерения велись в обсерваториях: М.Уилсон, Саяны, Станфорд.

В течение последних 15 лет бурно развивается ГС - новое направление в физике С. - эффективный метод (наряду с нейтринным экспериментом) изучения ВС С. и источников энергии по его собственным колебаниям.

До 1974 г. были известны открытые Лейтоном и др. около 30 лет назад некогерентные акуст. осцилляции отдельных участков солн. атмосферы с периодами Р около 5 мин (5та). Некоторые авторы сообщали также о колебаниях ограниченных областей с Р от 10т до 50т. Но эти колебания не подтверждались, и если они и имеют солн. происхождение, то отличаются нестационарностью. В 1974 г. в КрАО и, независимо, в Бирмингеме (Англия) и Аризоне (США) начаты новые исследования колебаний С. в целом,- с целью обнаружения долгопериодных (с Р>1 ч) колебаний С. как звезды,- т.е. глобальных колебаний.

До этого глоб. колебания были установлены для переменных звезд, в часта., цефеид. Однако наиболее типичные представители таких звезд принадлежат к другим, чем С., классам. Теор. исследования показали, что свойство пульсировать тесно связано с их ВС; в частн., имеет место соотношение: РрУ2 = а=сопэ1 (ро - средняя плотность); а определяется концентрацией вещества к центру. Для С. поиск пульсаций (напр., нерадиального типа, р- (акуст.) и д- (грав.) мод) представляет большой интерес для получения новой информации о ВС, т.к. некоторые моды (низкой степени I) проникают в глубинные слои, вплоть до ядра.

Для детектирования глоб. колебаний необходимо было разработать методику измерений лучевой скорости (с чувствительностью и 10-5А, или «1 м/с при времени интегрирования и 5— 10т). Особый интерес представляла также регистрация малоамплитудных колебаний яркости и О МП.

Согласно современным представлениям, желтый карлик -С., находящийся на главной последовательности, эволюциони-

рует к красным гигантам, и X©, а также "солн. постоянная" (СП) со временем должны расти. В рамках станд. модели изменение 2/0 при превращении водорода в гелий »30%. Это заставляет некоторых астрофизиков сомневаться в модели: такое изменение !■© противоречит истории Земли.

Вариации Ь® важны для Земли (особенно в УФ-области). После 1979 г. беспрецендентные по точности («0,01%) болометрические измерения сделаны на спутнике 8ММ. Они показали изменения «0,1-0,3%, обусловленные пятнами и факелами из-за вращения С., а также тренд «0,1%, связанный с циклом солн. активности (СА). Некоторые полагают, что часть вариаций обусловлена глоб. осцилляциями и/или температурными флуктуациями фотосферы, а также малыми изменениями ВС и м.п. под КЗ.

Эти результаты подтверждают старую точку зрения, что механизм цикла кроется в глубине, дальше основания КЗ, и ставят под сомнение динамо-теории, в которых основные МГД процессы протекают в КЗ (и где допускается весьма произвольная корректировка параметров турбулентности). Более привлекательными некоторые астрофизики считают др. теории, в основе которых лежит представление о глоб. осцилля-циях С., контролируемых м.п.

Основная трудность при наземных наблюдениях колебаний светового потока от С. - влияние прозрачности земной атмосферы. Тем не менее, при достаточно хороших атмосферных условиях и с применением корректной методики измерений и обработки данных в наземных условиях возможно регистрировать относит, колебания яркости ~ Ю-4 — Ю-6.

Исследованиями последних лет установлено, что СП изменяется с Р от минут до часов и более - с амплитудами ~ Ю-4 — Ю-6. Часть вариаций обусловлена акуст. и, возможно, (/-модами колебаний; а изменения на шкале сутки-месяцы, вызванные СА, достигают ~ 10~2. Вариации иррадиации (и СП)

модулированы циклом и, по-видимому, тесно связаны с изменениями глубинного м.п. и ВС.

1.2. Цель исследования. Изучению локальных м.п. посвящено много работ. Новую информацию для выяснения механизма динамо, СА и цикла, представляют наблюдения крупномасштабных м.п. в фотосфере и ОМП. Поэтому ставится задача - изучение (а) быстрых (день ото дня) флуктуации ОМП,

(б) характеристик и вращения секторной структуры (СС) м.п.,

(в) медленных ("сезонных"; напр., годовых) вариаций ОМП,

(г) вариаций, связанных с 11-лет. циклом, (д) разбаланса магн. потока (т.наз. "магн. асимметрия") С., (е) переполюсовок м.п. на полюсах, (ж) быстрых (в течение дня) малоамплитудных флуктуации ОМП. Исследование СС ММП, вместе с вариациями ОМП, позволяет выявить эволюцию и изменения, связанные с вращением и циклом; в целом,- изучать свойства солн. магнетизма и динамику внутр. областей звезды.

Одно из главных динамических свойств С. - вращение. Задачей является определение П по вариациям ОМП и ММП, что, по сути, представляет новый метод изучения вращения С. (анализ спектров мощности (СМ)),- отличающийся от работ, основанных на анализе вращения отдельных структур поверхности, и от спектроскопического метода. Особое внимание обращается на дискретный характер вращения ОМП, на вращение м.п. под КЗ, на двойственность вращения, имеющего два основных (синодич.) периода, «27 и 28 сут.

Дополнительно рассматривается: а) "абсолютная" скорость вращения "глоб." м.п. (вместе с П фотосферы, КЗ и подкон-вективных слоев); б) зависимость П (м.п.) от гелиошироты <р и глубины г, а также фазы цикла СА; в) существуют ли новые возможности (прямо или косвенно) измерить в глубоких слоях, включая ядро С.?; г) чем обусловлено "твердотельное" вращение С. и его м. поля?

Впервые ставится задача (а) получить и обобщить наи-

более полный материал о переменности ОМП и полярности ММП и (б) выявить наиболее устойчивые периодичности. Целью было также создание принципиально нового метода изучения ВС вплоть до энерговыделяющего ядра (теперь: ГС).

Автором (вместе с А.Б.Северным) в 1973-74 гг. поставлена задача: (а) создать чувствительный метод и аппаратуру для регистрации малоамплитудных 1 м/с) глоб. колебаний, (б) зарегистрировать долгопериодные (Р>1 ч) колебания С. как целого,- с наинизшим, по возможности, пространственным разрешением (для мод самых низких /, проникающих максимально вглубь звезды) и (в) по частотам колебаний С. как звезды исследовать глубокие недра. Одновременно поставлены задачи: а) обнаружение д-мод С., изучение их СМ, отождествление наблюдаемых частот с теор. спектрами; б) расчеты методом сфер, функций У!т(&, <р) для идентификации мод; в) разработать методику учета и исключения трендов и помех, обусловленных атмосферой. А также: а) критический анализ моделей ВС на основе СМ глоб. колебаний и рассмотрения ряда актуальных проблем физики С.; б) установление возможной связи между глоб. колебаниями и такими процессами, как вспышки, рентгеновские всплески, флуктуации радиопотока и ОМП; поиск периодических компонент; в) обнаружение период, вариаций солн. излучения (и/или яркости фотосферы), связанных с колебаниями, что включает (1) разработку метода регистрации флуктуации яркости в опт. и ИК диапазонах, (2) учет трендов, помех и эффектов, вносимых атмосферой и инструментом, (3) поиск д-мод на основе измерений яркости, (4) детектирование 5т-осцилляций яркости, сопоставление с внеатмосферными измерениями; г) впервые ставится задача обнаружения когерентных колебаний С., сохраняющих начальную фазу на протяжении неск. суток, месяцев и лет; д) поиск эффектов, обусловленных 11(22)-лет. циклом, в СМ глоб. колебаний и явлений, вызванных переменностью ОМП; е) анализ гипотез о быстром или "сверхбыстром"

вращении центрального ядра. Большинство проблем - новые для астрофизики; некоторые до 1973 г. в физике С. не рассматривались.

1.3. Научная новизна. Основная информация о солн. поверхности, вращении и явлениях С А получена на основе изучения характеристик, превышающих "шумы" (пятна, акт. области и т.д.). Наша задача - исследование слабых величин, сравнимых с шумами: регистрация степени поляризации ("зеема-новской") ~ 10"5 - 3 • Ю-7, измерение м.п. « 1-0,01 Гс, лучбвои скорости й 1 — 0,1 м/с, относит, флуктуаций светового потока ~ 10~5 — 10~6. В итоге:

1) Получен многолетний массив измерений ОМП С., который положен в основу мирового каталога ОМП. На основе этих данных и с привлечением др. измерений (СибИЗМИР, М.Уилсон, Станфорд) изучаются вариации и вращение м.п., осцилляции С. и ММП,- в связи с вращением, переменностью и СС С. 2) На основе данных о ММП и ОМП рассматриваются медленные и быстрые флуктуации м.п., включая полярное поле,- в части., магн. разбаланс (м. асимметрия) С. и годичная вариация. 3) Определяются доминирующие периоды вращения м.п. за несколько циклов. 4) Впервые ставится вопрос об "экспериментальном" - помимо нейтринного детектора - изучении глубоких недр С. по наблюдениям глоб. колебаний. Впервые применен метод ГС для изучения ВС и источников энергии С. 5) Разработан и успешно применен дифф. метод наблюдения колебаний С. на основе солн. магнитографа Г.Бэбкока. б) Разработан дифф. метод измерения осцилляций яркости С. с применением: а) ИК-детектора и линейного сканера; б) интегральных фотодиодных матриц с числом ячеек 256 и 1024. Созданы и внедрены соответствующие измерительные устройства. 7) В 1974-89 гг. выполнены длительные - в течение более 1000 дней - наблюдения глоб. колебаний С.; данные проанализированы, вычислены СМ. Сделано сопоставление с теор. моделями С. 8) Выполнены расчеты погрешно-

стей, связанных с измерениями малоамплитудных колебаний С., и расчеты чувствительности инструментов для д-мод. 9) Впервые выдвинута и реализована идея поиска глоб. осцил-ляций С., сохраняющих фазу на протяжении многих суток, месяцев и лет. Получены соответствующие данные, выполнен их анализ.

1.4. Основные положения диссертации. На защиту выносятся основные результаты:

1) Многолетние измерения ОМП С. как звезды (1968-76 гг.). Синоптическое (двумерное) распределение ОМП за неск. лет, полученное впервые (для ОМП) и обнаруживающее 27-и 28-сут. повторяемость СС. Результаты сопоставления СС ОМП и ММП по многолетним (1968-82 гг.) данным, анализ корреляции. 2) Результаты по регистрации и доказательству реальности быстрых 1 Гс/сут) флуктуаций ОМП. 3) Определение средней напряженности фотосферного м.п. («2 Гс), подтверждающее результат Ф.Шеррера и полученный (вместе с Н.Н.Степанян) др. методом. Результаты исследования тонкой структуры м.п. на полюсах С., показывающие соответствие измерений на двух магнитографах (КрАО и М.Уилсон). Определение нулевой линии приполярного среднего м.п. 4) СМ вариаций ОМП и ММП, полученные с высоким частотным разрешением, их интерпретация. Обнаружение дискретности периодов вращения и стратификации распределения преобладающих периодов вращения м.п. по гелиошироте и глубине. Обнаружение в среднем м.п. устойчивых на протяжении многих лет быстровращающихся магн. структур вблизи экватора. 5) Определение доминирующих периодов вращения фотосферного м.п.: 26,96 и 28,20 сут. Найдено, что 2-ой период сохраняет фазу в течение «60 лет и отражает жесткое вращение м.п. под КЗ. Вывод о том, что под КЗ м.п. (и, по-видимому, само С.) вращается медленнее (с синод, периодом 28,2 сут), чем фотосфера, согласуется с результатами ГС. 6) Найдено, что средняя напряженность ОМП изменяется примерно в 4

раза с фазой цикла СА. 7) Вывод о том, что суперпозиция двух основных типов м.п., вращающихся с Р «27,0 и 28,2 сут (фотосферное и глубинное м.п.) приводит к СС ОМП и ММП. 8) Обнаружение и анализ годичной периодичности ОМП и полярного м.п.; результаты рассмотрения эффекта Розенберга-Колмэна в знаке преобладающей полярности ММП. 9) Результаты анализа т.наз. магн. асимметрии (разбаланса) м.п. С.; вывод о реальности рассматриваемых эффектов, важных для процессов генерации и эволюции глобального м.п. С. 10) Создан (вместе с акад. А.Б.Северным) новый метод изучения ВС С. - по наблюдению его глоб. колебаний. Метод лег в основу нового направления в астрофизике - ГС. 11) Дифф. метод измерения лучевых скоростей с применением солн. магнитографа с точностью »1 м/с. 12) Дифф. метод регистрации колебаний яркости фотосферы (а) в ИК-диапазоне спектра с помощью линейного механического модулятора (созданного и внедренного вместе с С.Кучми) и (б) в опт. диапазоне - с применением интегральных матриц (вместе с Л.В.Дидковским). Разработаны и внедрены в эксплуатацию соответствующие приборы. Вместе с примененной методикой обработки данных они составляют новый эффективный метод ГС. 13) Положение о необходимости практического изучения когерентных СМ солн. осцилляции, сохраняющих фазу на протяжении многих суток, месяцев и лет, выдвинутое и реализованное впервые в КрАО в 1974-75 гг. 14) Результаты поиска собств. гравитационных мод колебаний С. по наблюдениям, выполненным (совместно с А.Северным, Т.Цапом, В.Ханейчуком) в течение более 1000 дней в 1974-89 гг. 15) Расчеты амплитуд и фаз глоб. колебаний С. методом разложения по сфер, функциям У™{в,1р), расчеты коэффициентов чувствительности-к модам низких I. 16) Результаты наземных наблюдений акуст. р-мод осцилляции с помощью фотодиодных матриц. 17) Результаты расчетов и экспериментов по изучению влияния атмосферы на наблюдения колебаний С. дифф. методом. 18) Метод обра-

ботки данных наблюдений колебаний яркости фотосферы с помощью матрицы, основанный на вычислении относит, дифф. сигналов и полиномов Чебышева (совместно с Л.Дидковским).

1.5. Практическая ценность работы.

1) Крымские измерения ОМП создали основу мирового каталога данных о магнетизме С. как звезды (последующие наблюдения - в М.Уилсон и Станфорде (США), ИЗМИРАНе и СибИЗМИРе (СССР)) и позволили получить новую информацию о вращении и переменности м.п. С., прогнозировать СС ММП. 2) Результаты исследования вращения ОМП и ММП, их СС, год. вариации, а также явления магн. разбаланса С. заостряют вопрос о природе и механизмах генерации м.п., включая глубокие недра. Они делают необходимым развитие наблюдательной базы для измерений м.п. иновыхтеор. исследований. 3) Результаты исследований, начатых в 1973-74 гг., заложили основы ГС. Эти работы в наст, время бурно развиваются во многих странах. 4) Создан и внедрен в практику астрофиз. исследований высокочувствительный дифф. метод измерения луч. скоростей, развитый и успешно применяемый теперь (в разл. модификациях) в КрАО, СибИЗМИР (ныне ИСЗФ), Станфорде. Практически реализован новый экспе-рим. метод косвенного изучения ВС С. (наряду с нейтринным экспериментом), недоступного прямому наблюдению. 5) Создан и внедрен дифф. метод измерения малоамплитудных ос-цилляций яркости С. 6) Создан (совм. с С.Кучми) уникальный прибор для ИК-наблюдешш глоб. колебаний С. 7) Для целей ГС созданы и внедрены в практику приборы на основе фотодиодных интегральных матриц (совм. с Л.В.Дидковским). Они позволяют регистрировать колебания яркости низких и промежуточных степеней I, что недоступно инструментам, работающим в интегральном свете. Приборы успешно применены впервые в физике С. (в СССР) и стимулировали применение матриц в КрАО и др. обсерваториях. 8). Разработаны и внедрены методы обработки данных по ГС (включал наблю-

дения с многоэлементными светоприемниками),- в частн., методы построения и изучения СМ, применяемые в КрАО и др. обсерваториях. 9) За 16 лет в течение более 1000 дней («6500 ч) получен обширный наблюдат. материал о глоб. колебаниях С.; построен ряд уникальных СМ, определены частоты в области р- и g-мод. Данные представляют научную ценность для уточнения ВС, химсостава и эволюции, источников энергии, а также сопоставления с материалами мировых ГС-экспериментов GONG, IRIS, SOHO и др. Данные занесены в компьютерные архивы КрАО, университетов в Бирмингэме, Ницце, Станфорде.

Исследования ОМП С. стимулировали программы регулярных измерений ОМП в М.Уилсон и Станфорде, СнбИЗМИРе. Работа по изучению глоб. колебаний С. и его ВС, начатая в КрАО, явилась одним из важных факторов для создания ГС как нового направления современной астрофизики и развития исследований в СССР и за рубежом. Работа стимулировала более 200 исследовании, выполненных в научных учреждениях СССР и за рубежом; некоторые результаты использованы при выполнении диссертаций, защищенных в разных странах. В частн., такие исследования выполнены в: ИА, Инст-т Физ. Земли, ИЯИ, ИТЭФ, СибИЗМИР, ИЗМИР АН, ФТИ (АН СССР), ГАИШ, Бирмингэм. и Станф. унив-ты, Париж. Инст-т Астрофизики, Унив-т. Ниццы, Нац. Опт. Астроном. Обс-ия и Унив-ет Аризоны (США) и др.

1.6. Аппробация работы. Результаты докладывались на семинарах КрАО, ГАИШ, ГАО АН СССР,- Астрон. обе. Киев, унив-та, Львов, астр, обс-ии, ИЯИ, ИЗМИРАН, Медон. обс-ии, Бирминг. и Станфорд. унив-тов, Унив-та Аризоны, Обс-ии Сак.-Пик, а также на многих всесоюзных и между-нар. конференциях, симпозиумах, коллоквиумах и раб. совещаниях, в частн.: Всесоюзн. конф. по физике С. (Кисловодск, 1980); всесоюзн. семинары "Колебания и волны на Солнце" (Рига, 1985, 1986; Новосибирск, 1987; Тбилиси, 1988), Ассам-

блея MAC (Гренобль, 1976), 2-е междунар. раб. совещание "ИРИС" (Ташкент, 1989), Междунар. семинар "Прогресс сейсмологии Солнца и звезд" (Япония, 1989).

1.7. Объем работы. Диссертация состоит но 9 глав, заключения й списка литературы. Полный объем: 474 стр., из них 350 стр. основного текста, 152 илл., 37 табл. Список литературы содержит 398 наименований на 23 стр.; отдельно приводится список работ автора - 76 наименований на 9 стр. (п. 3).

2. СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

В 1-ой главе (введение) - обзор современного состояния физики С. и проблем, связанных с изучением его м.п., ВС и ГС. Особое внимание уделено переменности С. и его циклической деятельности, обо снована актуальность изучения солн. магнетизма. Излагаются проблемы ВС, эволюции, станд. модели; обсуждаются: дефицит нейтрино, проблемы перемешивания, конвекции, вопрос о конвективном (?) ядре, внутр. вращение, внутр. м.п., асимметрия (?) С., нестандартная модель. Дается краткий обзор по ГС, обсуждаются вариации потока солн. излучения. Обосновываются цели исследования и приведены основные результаты.

Во 2-ой главе - результаты многолетних измерений ОМП С., излагается метод измерений. Производится сопоставление измерений в трех обсерваториях (КрАО, М.Уилсон, Стан-форд) и сравнение ОМП с СС ММП. Обсуждаются временные флуктуации ОМП, распределение м.п. вблизи сект, границ, а также: корреляция ОМП с "фоновым" полем и вариации ОМП и ММП с фазой СА. Обосновывается реальность год. вариации ОМП, исследуются ее связь с с вариациями ММП и природа год. вариации - вместе с аналогичной вариацией полярного м.п. Получена синоптич. карта ОМП, обнаруживающая 27- и 28-сут. повторяемость СС м.п. Показана реальность сильных («1 Гс/сут) флуктуаций ОМП. Обнаружена

асимметрия (+,-)- 11 (-,+)-секторов ОМП, что связывается с общей маг. асимметрией С. Изучается тонкая структура м.п. на полюсах.

3-я глава посвящена изучению временных флуктуации ОМП и ММП и структуры полярного м.п., эффекта Розенберга-Кол-мэна (РК) в знаке преобладающей полярности ММП. Исследуются: закономерности полярного поля, его год. вариация и структура поля, распределение элементов м.п. при переходе от экватора к полюсам, год. вариации ОМП и ММП. Показана несостоятельность простой (геометрической) интерпре-. тации вариации. Получен "когерентный" СМ вариаций полярности ММП. Изучаются быстрые флуктуации ОМП. Найдено, что средняя напряженность ОМП изменяется примерно в неск. раз с фазой 11-лет. цикла, увеличиваясь в годы максимума С А. Показано, что (а) год. периодичность ОМП нельзя объяснить к.-либо инструментальными или атмосферными причинами, (б) несовместимо с наблюдениями предположение о дипольном распределении м.п. на поверхности С., (в) не поддается простому объяснению изменение результирующего м.п. сразу на всей видимой полусфере С. Рассмотрение оставляет открытым вопрос о причине год. изменения ОМП. Установлено, что эффект РК определяется знаком ММП, а не модуляцией напряженности поля; т.е. в разбалансе м. потока С. главную роль играет перевес в фотосфере площадей, охваченных м.п. той или иной полярности (подтверждены и обобщены результаты, ранее полученные А.Северным, Дж.Уилкоксом, Р.Говардом). Показано, что от СС ММП и ОМП нельзя требовать постоянно высокой взаимной корреляции: она зависит от структуры и усреднения полей. Исследуется т.наз. магнитный разбаланс С.: все достоверные случаи разбаланса подчиняются год. периодичности. Изучается полярное поле С.; найдено, что в эпохи минимумов наблюдался четкий год. ход полярного м.п. с амплитудой и0,3 Гс, повторяющий ход гелиошироты Земли Во; иногда происходят сильные флуктуации поля на по-

люсах, не подчиняющиеся ходу Во в течение года. Обнаружено, что в 1970-81 гг. эффект РК отсутствовал (аномальный период ММП). В 1930-48 гг. ход индекса А преобладающей полярности ММП противоречил Бо-гипотезе, что связывается с разбалансом, фотосферного поля. Получены и проанализированы записи быстрых флуктуаций ОМП, изучены колебания с (квази-) периодами 1-3 ч и амплитудой ~ 1 /¿Т.

В 4-ой главе изучается вращение С. и его глоб. м.п. По многолетним данным о переменности ОМП и ММП построены СМ. Мощность вариаций концентрируется в дискретных пиках; определены доминирующие - на протяжении неск. циклов - периоды м.п.; определяется £2® на экваторе. Уточняется Й0 м.п. в фотосфере и под КЗ, проводится сравнение с данными ГС (уменьшение П© под КЗ). Обсуждается гипотеза о быстром вращении ядра. Приводятся аргументы в пользу быстрого вращения, проводится сопоставление теор. расщепления частот акуст. колебаний (в модели С. с быстрым вращением ядра) с наблюдениями; дискутируется вопрос о грав. ква-друпольном моменте С. Обсуждается природа доминирующих периодов вращения м.п.: 26,94 и 28,20 сут. Обосновывается вывод, что 2-ой период отражает жесткое вращение глубинного м.п. под КЗ.

5-я глава посвящена разработке и применению дифф. метода наблюдения колебаний С. Излагаются история практической ГС, принципы дифф. измерений скорости (ГАО и КрАО АН СССР). Описываются: телескоп БСТ и магнитограф КрАО, мех. метод модуляции и дифф. метод. Делается сопоставление с методом атомной резонансной спектроскопии. Рассматривается калибровка метода, излагается методика наблюдений С. в "параллельном" пучке. Анализируются: точность дифф. метода, погрешности инструмента и гидирования, атмосферные помехи. Приводятся результаты измерений в теллурической линии. Обосновывается метод фильтрации трендов, проанализированы ошибки. Показало, что метод позволяет детекти-

ровать периодические (Р =¿0,5-3 ч) флуктуации скорости.

В 6-ой главе - результаты исследования колебаний С. Изложены: наблюдательный материал и первые ГС-результаты КрАО, история открытия в 1974 г. т.наз. "пульсации С. с периодом Ро « 160т". Обосновывается реальность сигнала в 1974-82 гг. Излагаются подтвердившие Ро-пульсацию результаты Пик-дю-Миди (Бирмингэм. унив-т), Станфорда, Южного полюса (Унив-ет Ниццы). Приводятся результаты измерений вариаций оптической, ИК- и радио-яркости. Обсуждаются колебания в диапазоне Р и 110 - 210т. Приводятся свидетельства солн. природы Ро-периода. Рассматриваются: влияние супергранул, инструментальные причины, измерения по теллурической линии, дрейфы сигнала, скважность наблюдений, влияние атмосферных волн, эффект уравнения времени, дифф. атмосферная экстинкция. Выведены соотношения для скорости п ее вариации, обусловленной атмосферой:

6 = 6е- ®/(2 + /?<>); Д<5 « 243 • А1/1 (м/с);

6С- калибровочный сигнал, V- дифф. скорость, /?о- инструментальная константа, Д1/1- относительная экстинкция. Рассматривается зависимость амплитуды от вращения С. Отдельный раздел посвящен характеру наблюдаемого колебания и отождествлению с 5-модой - в представлении сфер, функциями У1т(9,<р). Рассматривается преобразование мод при изменении системы координат:

Б1т т,(а,/3,7)- матрица конечных вращений, И- функции Виг-нера и а, /3,7- углы Эйлера. Определены коэффициенты чувствительности к колебаниям /=0, 1, 2. Изложены итоги работы по поиску 5-мод. Сравнивается "солнечный" спектр с теор. моделями, в частн., с моделью "С" с низким начальным 2 (=0,001), с неглубокой КЗ и малым Р„(= 1,7 SNU). Рассматривается "эквидистантное" расщепление по периоду р-мод;

указано на трудности отождествления <7-мод, интерпретации СМ и противоречия между наблюдениями и расчетами.

В главе 7-ой излагаются ИК-наблюдения. Приводятся измерения на волне 3,75 ц лимба, пятен, факелов, демонстрирующие преимущества ИК-наблюдений. Излагаются дифф. метод наблюдений ИК-яркости (1,65 /л) и метод сканирования диска С., описывается инструмент (линейный мех. модулятор и ИК-детектор (РЬБ)). Приводятся результаты наблюдений колебаний ИК-яркости в 1977-82 гг. Анализируются ошибки, влияние атмосферы; даются: методы калибровки и обработки данных, СМ. Определены амплитуды колебаний: Ю-5 — 10_6). Рассмотрены вариации Д© и солн. иррадиации.

8-я глава посвящена применению фотодиодных матриц для регистрации осцилляции яркости. Излагается метод измерений и инструмент, созданный на базе матрицы МФ 16x16. Исследуются 5т-колебания, получены СМ, определены частоты и амплитуды акуст. осцилляций и их расщепление (68 /¿Гц), дается сопоставление с результатами спутника БММ. Приводятся данные измерений длиннопериодных флуктуации яркости. Исследуются 160т-периодичность и влияние атмосферы. Ставится задача поиска #-мод, изучается связь колебаний с флуктуациями потока излучения С. Описывается прибор, созданный на основе матрицы МФ 32x32. Анализируется пространственно-временная картина б^-осцилляций. Анализируются вариации Д/ по кольцевым зонам диска, сделан вывод о солн. происхождении наблюдаемых осцилляций (р-моды низких /, а также колебания, связанные, возм., с ^г-модами). Изложен метод обработки данных, основанный на аппроксимации "спокойного" С. ортогональными полиномами Чебышева.

В 9-ой главе - критический анализ проблемы пульсации С. с Р0 = 160,т 01. Рассмотрены наблюдательные данные и аргументы "за" и "против". Обсуждаются: полный ряд измерений скорости за 1974-89 гг., вопрос о моде 160то-колебания

и его природе. Указывается, что мощность Ро-колебания в 1983-89 гг. была на порядок меньше, чем в 1974-82 гг., в итоге амплитуда последнее время находилась на грани обнаружения. Это согласуется с результатами, полученными в Станфорде и на о.Тенериф. Приводятся аргументы в защиту долговременного существования Ро-колебания: последовательность вспышек за 1947-80 гг. с достоверностью « 4<т показала периодичность Ро в частоте их появления. Указывается, что Ро нельзя отождествлять с 9-ой гармоникой суток, т.к. период, Ро = 160,m 010(±1), значимо отличается от 1/9 сут, и это делает несостоятельными ссылки на "земные" артефакты.

В заключении изложены главные результаты работы, приводится список работ, выполненных автором, определен вклад соавторов.

3. ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

[1] Kotov V.A., Stenflo J.O. "A comparison of simultaneous measurements of the polar mag. fields made at Crimea and Mount Wilson".- Solar Phys., 1970, 15, 265-272. [2] Kotov V.A. "Systematic errors of the Crimean vector magnetograph".- In: "Solar mag. fields", proc. IAU Symp. No. 43; 1971, p. 71-75. [3] Котов В.A. "Систематическая погрешность измерений вектора H магнитографом Крым, астрофиз. обе."- Изв. КрАО, 1972, 44, 77-86. [4] Котов В.А. "О калибровке фотоэлектрических измерений м.п.".- Там же, 1973, 47, 14-25. [5] Котов В.А. "Инструментальная поляризация и измерения м.п.".- Там же, 1973, 48, 78-84. [6] Gopasyuk S.I., Kotov V.A., Severny А.В., Tsap T.T. "The comparison of the magnetographic mag. field measured in différent spectral lines".- Solar Phys., 1973,31, 307-316. [7] Бабин A.H., Гопасюк С.И., Ефанов В.А., Котов В.А., Моисёев И.Г., Нестеров Н.С., Цап Т.Т. "Усиление м. полей, радиояркости в мм диапазоне волн и На- активности в полярных областях Солнца".- Изв. КрАО, 1976, 55, 3-13. [8] Severny А.В., Kotov V.A., Tsap Т.Т. "Observations of solar pulsations".- Nature,

1976, 259, 87-89. [9] Котов В.А., Степанян Н.Н., Щербакова З.А. "Роль фонового м.п. и полей акт. областей в общем м.п. Солнца".- Изв. КрАО, 1977, 56, 75-83. [10] Котов В.А. "Поляризация света, возникающая на зеркалах БСТ".- Там же,

1977, 56, 150-153. [11] Koutchmy S., Koutchmy О., Kotov V. "Mesures d'assombrissement du limbe solaire dans le domaine de 1 a 4 /ип".- Astron. Astrophys., 1977, 59, 189-193. [12] Kotov V.A., Severny A.B., Tsap T.T. "Observations of oscillations of the Sun".- M. N. R. A. S., 1978, 183, 61-78. [13] Scherrer P.H., Wilcox J.M., Kotov V., Severny A.B., Howard R. "The mean mag. field of the Sun..."- Solar Phys., 1977, 52, 3-12. [14] Severny A.B., Kotov V.A., Tsap T.T. "Further progress in observations of solar oscillations".- In: "Pleins feux sur la physique solaire", proc. 2nd European meet, on solar phys., Toulouse, 1978; p. 123-134. [15] Котов B.A., Демидов M.JI. "Маг. поле Солнца как звезды, 1969-1976 гг."- Изв. КрАО, 1980, 61, 3-11. [16] Котов В.А., Степанян Н.Н. "Некоторые характеристики крупномасштабных м.п. на Солнце".- Там же, 1980, 62, 117-124. [17] Kotov V.A., Severny А.В., Tsap T.T. "Observations of oscillations of the entire Sun".- Trans. IAU, 1977, 16B, p. 244. [18] Scherrer P.H., Wilcox J.M., Kotov V.A., Severny A.B., Tsap T.T. "Observations of solar oscillations with periods of 160 min".- Nature, 1979, 277, 635-637. [19] Котов B.A., Левицкий Л.С., Степанян Н.Н. "Годичная вариация ОМП Солнца".- Изв. КрАО, 1981, 63, 314. [20] Северный А.Б., Котов В.А., Цап Т.Т. "Исследование пульсаций Солнца и проблема его внутр. строения".- УФН, 1979, 128, 728-730. [21] Котов В.А., Кучми С. "Исследование колебаний яркости Солнца".- УФН, 1979, 128, 730-731. [22] Ерюшев Н.Н., Котов В.А., Северный А.Б., Цветков Л.И. "Наблюдения пульсаций радиоизлучения Солнца с периодом 160 мин в диапазоне 1.9-3.5 см".- Письма в АЖ, 1979, 5, 546-551. [23] Kotov V.A., Severny А.В., Tsap T.T. "Time variations of the mean solar mag. field..."- In: "The problem of the mag. fields in the Cosmos", proc. Symp., Crimea, 1976, part 2; p. 38-53. [24]

Северный А.Б., Котов В.А., Цап Т.Т. "Колебания Солнца и проблема его внутр. строения".- АЖ, 1979, 56,1137-1148. [25] Severny А.В., Kotov V.A., Tsap Т.Т. "Detection of 160-min solar oscillations and atmospheric extinction".- Astron. Astrophys., 1980,88, 317-319. [26] Severny A.B., Kotov V.A., Tsap T.T. "Solar pulsations".- Highlights of Astronomy, 1980, 5, 453-456. [27] Kotov V.A. "Global solar oscillations".- Bull. Intern. Obs. Paris, 1980, No. 413, 29. [28] Котов B.A., Северный А.Б., Цап Т.Т. "Исследование глобальных колебаний Солнца: I. Метод и инструмент".- Изв. КрАО, 1982, 65, 3-34. [29] Котов В.А., Кучми С., Северный А.Б., Цап Т.Т. "Эффект уравнения времени в 160-мнн колебаниях Солнца".- Письма в АЖ, 1980, 6, 421-425. [30] Koutchmy S., Koutchmy О., Kotov V.A. "Detection of 160-min solar intensity variations: sampling effect".- Astron. Astrophys., 1980, 90, 372-376. [31] Scherrer P.H., Wilcox J.M., Severny А.В., Kotov V.A., Tsap T.T. "Further evidence of solar oscillations with a period of 160 min".- Astrophys. J., 1980, 237, L97-L98. [32] Severny A.B., Kotov V.A., Tsap T.T. "Present state of the study of 160-min solar oscillation".- Solar Phys., 1881, 74, 65-71. [33] Котов В.А., Левицкий JI.С. "Вариации межпланетного и солнечного м.п.".- Изв. КрАО, 1983, 66, 110-119. [34] Котов В.А., Северный А.Б., Цап Т.Т. "Исследование глобальных колебаний Солнца: И. Результаты наблюдений в 1974-1980 гг...".- Там же, 3-71. [35] Северный А.Б., Котов В.А., Цап Т.Т. "Глобальные колебания Солнца".- Исслед. по геомагн., аэрономии и физ. Солнца, 1981, 56, 11-23. [36] Ефанов В.А., Котов В.А., Моисеев И.Г., Нестеров Н.С., Северный А.Б. "160-мин. колебания поляризованного по кругу радиоизлучения Солнца на волне 13,5 мм".- Изв. КрАО, 1983, 67, 111-118. [37] Котов В.А., Северный А.Б., Цап Т.Т. "Колебания Солнца с периодом 160 мин".- В кн. "Год солнечного максимума", матер, между-нар. конф., М.: изд-во ИЗМИР АН, 1981, 1, 89-99. [38] Kotov V.A., Severny А.В., Tsap Т.Т., Moiseev I.G., Efanov V.A., Ne-sterov N.S. "Manifestation of the 160-min solar oscillations in ve-

locity and brightness..."- Solar Phys., 1983, 82, 9-19. [39] Kotov V.A., Koutchmy S., Koutchmy 0. "Observations of global 160-min infrared (diff.) intensity variations of the Sun".- Solar Phys., 1983,82, 21-35. [40] Котов B.A., Левицкий Л.С. "Дискретность периодов вращения солнечного и межпланетного м.п.".- Иов. КрАО, 1983, 68, 56-68. [41] Котов В.А., Северный А.Б., Дап Т.Т. "Свойство Солнца пульсировать периодически".- Свидет. на открытие N 274, М.: Госкомизобретений, 1983. [42] Котов В.А., Северный А.Б. "ОМП Солнца как звезды. Каталог 19681976".- Матер, мирового центра данных Б. М.: 1983,1-24. [43] Котов В.А., Левицкий Л.С. "Периодические изменения ОМП Солнца".- Изв. КрАО, 1984, 69, 90-99. [44] Kotov V.A., Le-vitsky L.S. "Long-term coherent periodicities in the mean mag. field of the Sun".- In: "Solar mag. fields: origin and coronal effects", proc. IAU Symp. No. 102; 1983, 23-27. [45] Нестеров H.С., Урпо С., Котов В.А. "Регистрация 160-мин. пульсаций Солнца одновременно на двух радиотелескопах".- Письма в АЖ, 1983, 9, 312-315. [46] Северный А.Б., Котов В.А., Цап Т.Т. "Колебания Солнца с периодом 160 мин и др. долгопериодные колебания..."- Изв. КрАО, 1985, 71, 3-19. [47] Котов В.А., Левицкий Л.С. "К проблеме разбаланса ОМП Солнца..."-Там же, 32-53. [48] Urpo S., Terasranta H., Holsti N., Tiuri M., Kotov V., Nesterov N. "Measurements of the solar 160 min oscillation at the Metsahovi Radio Research station..."- Helsinki Univ. Tech. Radio. Lab. Rep., S138; 1983, 1-36. [49] Касинский B.B., Котов В.А. "Период 160 мин во всплесках жесткого рентгеновского излучения Солнца..."- Письма в АЖ, 1984, 10, 235240. [50] Severny А.В., Kotov V.A., Tsap Т.Т. "Power spectrum of long-period solar oscillations..."- Nature, 1984, 307, 247-249. [51] Котов B.A., Левицкий Л.С. "Доминирующие периоды вращения ОМП Солнца".- В сб. "Проблемы физ. солн. вспышек", М.: ИЗМИРАН, 1983, 94-99. [52] Котов В.А., Касинский В.В., Левицкий Л.С., Фомин В.П. "Поиск 160-мин. периода в последовательностях рентгеновских всплесков и хромо-

сферных вспышек Солнца".- Изв. КрАО, 1985, 73, 43-52. [53] Котов В.А., Кучми С., Кононович Э.В., Рыжикова Н.Н., Цап Т.Т. "Глобальные осцилляции Солнца по наблюдениям (относит.) флуктуаций яркости фотосферы в ближней ИК-области спектра".- Там же, 26-43. [54] Severny А.В., Kotov V.A. "А review of the present state of gravity modes oscillations of the Sun".- Adv. Space Res., 1984, 4, 129-131. [55] Kotov V.A., Severny A.B., Tsap T.T. "160-min and other long-period oscillations of the Sun..."- Mem. Soc. Astron. Ital., 1984, 55, 117-122. [56] Kotov V.A., Severny A.B., Tsap T.T. "Ten years observations of long-period oscillations of the Sun".- In: "The hydromagnetics of the Sun", proc. 4th European meet, on solar phys., ESA SP-220; 1984, 189-190. [57] Дидковский JI.B., Котов B.A. "Наблюдения 5-мин. осцилляций яркости фотосферы Солнца".- Изв. КрАО, 1986, 74, 132-142. [58] Котов В.А., Левицкий Л.С. "Модуляция вспышечной активности Солнца с периодом 160 мин",- Там же,

75, 59-66. [59] Дидковский Л.В., Котов В.А. "Дифф. наблюдения осцилляций яркости фотосферы Солнца".- Там же, 1987,

76, 119-138. [60] Kotov V.A. "The 160 min oscillations".- Solar Phys., 1985, 100, 101-113. [61] Котов B.A., Левицкий Л.С. "Период 160 мин, внутр. вращение и 11-лет. цикл ..."- Изв. КрАО, 1987, 77, 51-72. [62] Котов В.А., Косовичев А.Г. "О возможности быстрого вращения солн. ядра".- Там же, 72-78. [63] Котов В.А. "Вращение Солнца и вращение его ОМП".-Там же, 39-50. [64] Severny А.В., Kotov V.A., Tsap T.T. "Observations of solar global oscillations (1983-1985)..."- In: "Adv. in helio- and asteroseismology", proc. IAU symp. No. 123; 1988, 3336. [65] Северный А.Б., Котов В.А. "Как дышит Солнце?"-Наука в СССР, 1988, No. 3, 2-9. [66] Котов В.А., Левицкий Л.С. "Период 160 мин в частоте возникновения хромо-сферных вспышек".- В сб. "Проблема солн. вспышек", М: ИЗМИРАН, 1986, 112-118. [67] Котов В.А., Северный А.Б., Цап Т.Т. "160-мин. осцилляции Солнца: наблюдения 1974-1986 гг."- Изв. КрАО, 1988, 79, 3-11. [68] Дидковский Л.В., Ко-

тов В.А., Тарасова Т.Н. "Пятиминутные осцилляции яркости Солнца..."- Там же, 184-188. [69] Дидковский JI.B., Котов В.А. "Периодические вариации яркости Солнца: опыт наблюдения с 1024-канальной матрицей".- Там же, 80, 124-130. [70] Дидковский JI.B., Котов В.А. "Пространственно-временной анализ осцилляций яркости Солнца". - Там же, 118-124. [71] Котов В.А. "Осцилляции Солнца".- В сб. "Современные проблемы физики и эволюции звезд", М.: Наука, 1989, 252-267. [72] Ко-tov V.A., Levitsky L.S. "Flare activity and 160-min oscillations of the Sun". - In.: "Solar maximum analysis. Addit. issue", Novosibirsk: Nauka, 1988, 160-163. [73] Котов B.A., Цап T.T., Дидковский JI.B. "Пульсация Солнца: перестройка, обусловленная 22-лет. циклом активности?"- Изв. КрАО, 1990, 82, 138-146.

[74] Демидов M.JL, Котов В.А., Григорьев В.М. "О хороткопе-риодических вариациях глоб. м.п. Солнца".- Там же, 147-153.

[75] Kotov V.A., Tsap Т.Т. "160-min solar variations and the 22 yr cycle".- Solar Phys., 1990 128, 269-280. [76] Kotov V.A. "A problem with the 160-min pulsation of the Sun".- Lect. notes in phys., 1990, 367, 235-240.

Котов Валерий Александрович Исследование общего магнитного поля и периодических процессов на Солнце

Формат 60x84. Бумага писчая. Печать ротапринтная. Усл.печ.л. 0,90. Тираж 100 эко. Заказ 128. 3.09.93. Беспл. Множительный цех КрАО. 334413, пос. Научный, Крым