Cykly sluneční činnosti
Prakticky všechny významné jevy na Slunci vykazují určitou periodickou závislost
na čase. Z historického hlediska je nejznámější periodicita výskytu slunečních
skvrn.
Jedenáctiletý cyklus
Nejnápadnějším periodickým projevem sluneční činnosti je jedenáctiletý
cyklus. Projevuje se ve více různých charakteristikách sluneční
aktivity, z nichž nejnápadnější je počet slunečních skvrn.
Tento sluneční cyklus objevil Heinrich Samuel Schwabe (1789 - 1875).
Studiem historických materiálů se nakonec podařilo spolehlivě prokázat
tento cyklus do minulosti až asi do roku 1716. Následující obrázek ukazuje
průměrné hodnoty relativního čísla slunečních skvrn N od roku 1749. Od tohoto roku
existuje nepřetržitá řada pozorování slunečních skvrn až do současnosti.
Relativní číslo slunečních skvrn zavedl Rudolf Wolf (1816 - 1893), ředitel hvězdárny
v Curichu. Toto číslo se určí z počtu skupin skvrn G a celkového počtu skvrn S
viditelných v daný okamžik na Slunci podle vzorce
N = 10G + S.
Modrá čísla nad jednotlivými maximy udávají maximální měsíční průměrnou
hodnotu relativního čísla slunečních skvrn v daném cyklu. Cykly jsou standardně
číslovány, čísla cyklů jsou uvedena červeně. V roce 1999 právě probíhal 23. cyklus.
Maunderovo minimum
Pokusy prodloužit řadu pozorování jedenáctiletého slunečního cyklu do minulosti
před rok 1716 byly zpočátku neúspěšné. K dispozici byly sice historické prameny,
avšak jejich studium dávalo hodnoty relativního čísla velmi nízké. Proto byly
tyto prameny zpočátku považovány za nevěrohodné. První, kdo přišel s myšlenkou,
že v druhé polovině 17. století jedenáctiletý cyklus téměř neexistoval, byl
anglický fyzik Edward Walter Maunder (1851 - 1928). Výzkumy z poslední doby přinášejí
řadu nepřímých, ale velmi věrohodných důkazů, že se nemýlil. Existenci tzv.
Maunderova minima ilustrují například studie letokruhů stromů, historické prameny,
ze kterých je zřejmé, že v tomto období po několik let nikdo nespatřil jedinou
sluneční skvrnu ani
polární záři,
i nápadné klimatické změny. S obdobím Maunderova
minima velmi dobře koresponduje mimořádně chladné období v Evropě, někdy nazývané
malá doba ledová. Následující graf ukazuje odhady relativního čísla slunečních
skvrn na základě historických pramenů až asi do roku 1650. Před rokem 1650 jsou
vynesena již jen ojedinělá pozorování, která netvoří souvislou řadu (pro odlišení
plocha pod touto částí grafu není vyplněna).
Motýlkový diagram
Sluneční skvrny se nevyskytují v celé sluneční fotosféře. Nejčastěji se vyskytují v
oblastech mezi 35° severní a jižní heliografické šířky. Jen naprosto výjimečně se vyskytne nějaká
skvrna dále než 40° od slunečního rovníku. V oblastech slunečních pólů se skvrny
nevyskytují. V polovině 19. století zjistil pečlivým zakreslováním poloh slunečních
skvrn astronom - amatér Richard Christopher Carrington (1826 - 1875), že heliografická
šířka, ve které se nejčastěji vyskytují sluneční skvrny se nápadně mění v průběhu
jedenáctiletého cyklu. Po minimu sluneční činnosti se skvrny začínají objevovat
asi 30° daleko od rovníku a to jak na jižní, tak severní polokouli. Jak skvrn časem
přibývá, posouvá se oblast nejčastějšího výskytu do nižších heliografických šířek.
V maximu se skvrny vyskytují nejčasteji asi 15° daleko od rovníku. Pak počet skvrn klesá
a jejich výskyt se posouvá k rovníku. Cyklus končí, když oblast výskytu skvrn dospěje k
rovníku. V té době se mohou současně vyskytovat ve vyšších heliografických šířkách již
skvrny nového cyklu. Budeme-li vynáset do grafu heliografické šířky jednotlivých skvrn
v závislosti na čase, dostaneme graf, který dostal přiléhavý název "motýlkový diagram".
L udává
heliografickou šířku. Intenzita šedé je úměrná ploše, kterou pokrývaly sluneční
skvrny. Světlejší místa tedy znamenají větší výskyt slunečních skvrn.
Dvaadvacetiletý magnetický cyklus
V roce 1913 byla objevena další zajímavá zákonitost týkající se výskytu slunečních skvrn.
Na objevu se podílel především americký astronom George Ellery Hale (1868-1938).
Sluneční skvrny nebo jejich skupiny se většinou vyskytují v párech orientovaných ve směru západ - východ.
Západní skvrna se nazývá vedoucí, východní skvrna následná. Vedoucí skvrna má vždy opačnou
polaritu magnetického pole než skvrna následná. Všechny vedoucí skvrny na severní polokouli
mají stejnou polaritu. Totéž platí pro vedoucí skvrny na jižní polokouli. Polarita vedoucích
skvrn na různých polokoulích je však různá. Protože následné skvrny mají vždy opačnou polaritu
než skvrny vedoucí, je tím vysvětleno i chování polarity následných skvrn. Pokud budeme zkoumat
chování polarity magnetického pole slunečních skvrn ve dvou po sobě následujících slunečních
cyklech, zjistíme, že došlo k přepólování, tj. na stejné polokouli si vedoucí a následné skvrny
vyměnily polaritu. Proto je rozumné z hlediska vývoje slunečních skvrn mluvit spíše o cyklu
dvaadvacetiletém než jedenáctiletém.
Magnetogram na obrázku vpravo byl pořízen jen několik hodin po zatmění Slunce
11.8.1999. Oblasti s různou polaritou magnetického pole jsou odlišeny různými
barvami - oranžovou a modrou. Obrázek dobře ilustruje rozdíly mezi severní (horní)
a jižní (dolní) polokoulí.
Grafy byly sestrojeny na základě dat získaných z
Sunspot Index Data Center, Brussels. Magnetogram byl vytvořen na základě dat
z National Solar Observatory Kitt Peak, Arizona.