Solar activity during the Holocene: the Hallstatt cycle and its consequence for grand minima and maxim
宇宙成因同位素提供了唯一的定量代理分析的长期太阳变化超过百年的时间尺度。虽然在宇宙成因代理的测量和建模方面都取得了重要进展,但在确定地磁偶极矩演变方面仍然存在不确定性。在这里,我们使用多代理方法改进了过去九千年太阳活动的重建。我们使用的14 C和10 Be宇宙成因同位素的记录,目前的数字模型的同位素生产和运输在地球大气中,和可用的地磁场重建,包括一个新的重建依赖于更新的考古/古强度数据库。利用奇异谱分析(SSA)方法对获得的序列进行分析,以研究千年尺度的趋势。一个新的重建的地磁偶极子场的时刻,GMAG.9k,是建立在过去的九千年。新重建的太阳活动覆盖了过去九千年,量化的太阳黑子数量,提出和分析。提供了一个保守的最小值和最大值列表。重建的太阳活动的主要组成部分,确定使用SSA方法,是不同的系列的基础上14 C和10 Be。这些主要成分只能归因于地球系统的长期变化,而不是太阳。已从重建的系列中删除。与此相反,二次SSA组件的重建太阳活动被发现占主导地位的一个共同的~2400年的准周期性,所谓的哈尔施塔特周期,在14 C和10 Be的基础系列。因此,这个哈尔施塔特周期似乎与太阳活动有关。最后,我们发现,盛大的最小值和最大值间歇性地发生在研究期间,与集群附近的哈尔施塔特周期的高点和低点,分别。
2016-02-08 astro-ph.SR physics.geo-ph
Cyclic sunspot activity during the first millennium CE as reconstructed from radiocarbon
University of Oulu(奥卢大学);Nagoya University(名古屋大学);Max-Planck Institute for Solar System Research(马克斯·普朗克太阳系研究所)
本文利用放射性碳数据重建了公元1-969年的太阳黑子活动,揭示了774年极端太阳事件和650-730年大太阳最小值,发现91个太阳周期,平均周期长度为10.6年,但存在8-15年的变化,未发现超过11年周期的显著周期性。
2026-01-22 astro-ph.SR
Long-term modulation of solar cycles
太阳活动具有周期性,在年际时间尺度上,约11年的施瓦贝周期支配着太阳活动的变化。然而,太阳活动周期在长度、形状和大小上都有很大的变化,从几乎一尘不染的极小期到非常活跃的极大期。400年的太阳黑子数直接序列在质量上是不均匀的,而且太短,无法研究长期太阳变率的鲁棒参数。宇宙起源同位素代用品将时间尺度扩展到12000年,并为长期太阳发电机调制提供了重要的观测约束。在这里,我们提出了一个简短的最新的概述太阳活动的长期变化在百年-千年的时间尺度。大极小值和极大值的发生进行了讨论,以及现有的准周期,如百年Gleissberg,210年Suess/de Vries和2400年Hallstatt周期。结果表明,太阳活动周包含一个重要的随机分量,没有时钟锁相意味着缺乏长期记忆。一个简短而全面的理论观点来解释观察到的功能的框架内的发电机模型,包括发电机的非线性和随机波动的审查。我们通过熟悉的新数据和开发的新模型不断获得驱动太阳变化的过程的知识。
2023-02-28 astro-ph.SR
The solar magnetic field since 1700: II. Physical reconstruction of total, polar and open flux
我们已经使用半合成记录的基础上出现的太阳黑子群的太阳黑子数数据作为输入的表面通量输运模型重建的大规模太阳磁场和开放的日光层通量从1700年起的演变。半合成太阳黑子群记录的统计特性反映了皇家格林尼治天文台的太阳照相观测结果。其中包括太阳黑子数量和太阳黑子群纬度、纬度、面积和倾角之间的相关性。重建结果的总表面通量,极场,和日光层开放通量(由电流片源表面外推确定)同意与现有的观测或经验推导的数据和重建。我们确认了一个显着的正相关性极场活动最小期间和随后的太阳黑子周期的强度,这对太阳周期的通量传输发电机模型的影响。就在道尔顿极小值之前,在18世纪末,一个长周期之后是一个弱周期。我们发现,在1793年和1800年之间引入一个可能的“丢失”周期,导致开放通量的最小值发生了15年的变化,这与宇宙成因同位素记录是不一致的。
2011-02-07 astro-ph.SR
Evolution of the solar magnetic flux on time scales of years to millenia
我们改进了太阳的开放和总磁通量的演变的时间尺度上的几年到千年的描述。在这里所采用的模型的太阳总磁通量和开放的磁通量的演变计算从出现在太阳表面的双极磁功能的形式,这是相关的太阳黑子数周期参数,可以估计从历史记录。与早期版本的模型相比,除了长寿命的开放通量之外,现在还考虑了开放通量的更快速衰减的分量。通过将其输出与总表面磁通量的观测值以及基于地磁指数的开放磁通量的重建进行比较来约束模型参数。本文还提出了一种从宇宙成因同位素记录得到的开磁通量出发,计算全新世太阳总磁通量和太阳黑子数的方法。通过分别考虑快速演化和缓慢演化的开放通量分量,该模型再现了太阳的开放通量,并根据aa指数重建,得到了行星际磁场径向分量更好的合理描述。最大的改进是在再现开放通量的周期变化,包括个别周期的振幅。此外,我们发现,自蒙德极小期结束以来,大约25%的模型化开路通量值低于当前低极小期期间的平均值。同样的比例观察到在重建的开放通量在全新世的基础上宇宙成因同位素,这表明,目前的太阳能最低条件低于平均水平,但并不例外的磁通量。
2009-11-23 astro-ph.SR
On the current solar magnetic activity in the light of its behaviour during the Holocene
太阳调制电位(SMP)重建宇宙成因核素记录的基础上,反映了开放的太阳磁场的变化,因此可以帮助我们获得信息的行为,开放的太阳磁场在全新世时期。我们的目的是比较太阳的大规模磁场的行为在过去的三个太阳活动周期的变化,通过全新世时期的SMP重建。为了实现这些目标,我们使用的IntCal13 $^{14}$ C数据调查不同的模式在全新世期间发生的最大和最小。然后,我们检查这些模式是否可能模仿最近的太阳磁场活动,通过调查太阳的大规模偶极磁场中的能量的演变使用威尔科克斯太阳天文台的数据。宇宙成因放射性核素数据分析表明,在公元前6600年至公元1650年期间,$\sim$ 71%的极大值之后是极小值。极大值和极小值的出现特征与由洛伦兹力引起的动力学非线性导致太阳充当弛张振子的情形一致。这一发现意味着这些事件发生的概率在时间上是不均匀分布的,因为在它们的驱动机制中存在记忆,这可以通过洛伦兹力的反作用来识别。
2015-09-21 astro-ph.SR
Parametric Modulation of Dynamo Waves
太阳活动的长期变化,包括大极小期,被认为是发电机参数随时间变化的结果。发电机波的最简单的近似应用表明,周期性变化的参数可以导致指数增长或衰减的磁振荡取决于变化频率。然而,发电机中没有参数共振:对不同频率的选择敏感性,共振现象的特征,是不存在的。这一发现的定性解释建议。非线性分析的发电机波揭示了滞后现象,发现更先进的模型。然而,简化的模型允许计算足够大数量的发电机周期,用于构建其振幅的分布函数,以定性地再现最近从自然档案中的宇宙成因同位素含量推断的太阳活动的两种模式。
2015-04-27 astro-ph.SR
No evidence for synchronization of the solar cycle by a "clock"
太阳活动周期的长度波动很大。相应的周期相位的时间演化,即活动最小或最大的时期与严格的周期性的偏差,提供了有关周期性磁活动的物理机制的相关信息。一个基本的严格周期性过程(类似于一个完美的“时钟”),观察者看到一个完美的时钟和一个小的随机相位扰动的叠加,导致观测的长期相稳定性。如果周期是由绕轨道运行的行星引起的潮汐或太阳辐射内部的假设扭转振荡同步的话,这种行为是可以预期的。或者,在没有这种同步的情况下,相位波动积累和随机行走的相位enquiry,这是一个典型的属性随机扰动发电机模型。基于太阳黑子记录和由宇宙成因C14重建的太阳活动周,我们进行了严格的统计检验,以破译是否存在相位同步或随机游走。在95%(来自太阳黑子数据的28个周期)和超过99%(从C14重建的84个周期)之间的显著性水平上拒绝同步,而相位中随机游走的存在与所有数据集一致。这一结果强烈支持随机扰动发电机模型与小周期间的记忆。
2023-01-18 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.space-ph
Modulated cycles in an illustrative solar dynamo model with competing alpha effects
太阳的大尺度磁场以大约22年为周期变化,尽管周期的幅度受到磁活动显著减少的周期性阶段的长期调制。人们认为,磁流体发电机是负责产生这种大规模的领域,虽然这个发电机过程还没有得到很好的理解。在平均场发电机理论的框架内,我们的目标是研究如何竞争机制极向场再生(即时间延迟Babcock-Leighton表面α效应和界面型α效应),可以导致调制的磁活动在一个深层次的太阳发电机模型。我们解决了标准的α-ω发电机方程在一个空间维度,包括源项对应于两个竞争的α-效应的极向场的演化方程。该系统使用两种不同的方法求解。除了直接求解一维偏微分方程,使用数值技术,我们还使用局部近似减少控制方程的一组耦合常微分方程(ODE),这是使用分析和数值方法相结合的研究。在常微分方程模型中,很容易找到参数,使得一系列的分岔可以识别的时间延迟增加,与发电机从周期状态过渡到混沌状态通过多个周期解。在完整的模型中可以观察到类似的转变,其中混乱调制的解决方案表现出类似太阳的行为。
2014-03-26 astro-ph.SR
Long-term variation in the Sun's activity caused by magnetic Rossby waves in the tachocline
对太阳黑子数量和地球上宇宙成因放射性核素(10 Be和14 C)浓度的长期记录揭示了太阳磁场活动在数百年和数千年中的变化。我们在太阳黑子、10 Be和14 C数据中确定了几个清晰的周期,分别为1000年、500年、350年、200年和100年。我们发现,在低速跃层中存在1200-1300 G的定常环形磁场时,慢磁Rossby模的前五个球谐周期与观测到的变化的时间尺度完全一致。在低速跃层中,由于低磁扩散率的稳定发电机磁场或由于纬向差异旋转对从辐射内部穿透的弱极向原生磁场的作用,可以产生稳定的环向磁场。慢磁Rossby波导致低速跃层中的定常环向磁场发生变化,从而调制发电机磁场,进而调制太阳活动周的强度。这一结果构成了长期预测周期强度的关键点。根据我们的模型,太阳活动的下一个深度最小值预计在本世纪上半叶。
2015-05-11 astro-ph.SR
Non-linear and chaotic dynamo regimes
介绍了太阳和恒星发电机的最新情况。目前,还不清楚为什么恒星周期频率随着旋转频率的增加而增加,它们的比例随着恒星活动而增加。尽管恒星的磁性普朗特数很小,但小规模的发电机仍有望运行。恒星中的全球磁场活动是一种浅层现象还是深层现象是另一个悬而未决的问题。简要回顾了在发电机中磁螺旋度通量的存在和重要性方面的进展,最后强调了非定域性在利用平均场方法模拟恒星发电机中的作用。另一方面,直接的数值模拟现在已经达到了这样一个地步,即模型显示出类似太阳的向赤道迁移,可以与观测进行比较,但需要从理论上加以理解。
2013-05-08 astro-ph.SR
Solar Cycle Variability Induced by Tilt Angle Scatter in a Babcock--Leighton Solar Dynamo Model
我们提出了一个三维巴布科克-莱顿发电机模型,是持续的明确出现和分散的双极磁区(BMR)的结果。平均而言,每个BMR都有一个由乔伊定律给出的系统倾斜。随机性和非线性的BMR出现我们的模型产生可变的磁周期。然而,当我们允许倾斜角的随机散射来模拟观测到的偏离乔伊定律时,我们发现磁周期的变化更多。我们发现,观测到的标准偏差在乔伊定律的$σ_δ= 15^\circ$产生的变化与观测到的太阳活动周期的变化$\sim $ 32%,量化的太阳黑子数最大值之间的1755- 2008。我们还发现,倾斜角散射可以促进大极小值和大极大值。$σ_δ= 15^\circ$在大极小期所花费的时间比从宇宙成因同位素推断的太阳的时间要少一些(大约9%比17%)。然而,当我们将倾斜散射加倍为$σ_δ= 30^\circ$时,模拟统计数据与太阳相当($\sim $在极大极小值中占18%,在极大值中占$\sim 10$ %)。虽然Babcock-Leighton机制是极向场的唯一来源,但我们发现,即使在倾角波动较大的情况下,我们的模拟也始终保持磁循环。我们还表明,倾斜淬火是一个可行的和有效的机制发电机饱和;抑制的倾斜只有1-2 $^\circ$是足以限制发电机的增长。因此,任何可能观测到的太阳倾斜猝灭的特征都可能是微妙的。
2017-08-13 astro-ph.IM astro-ph.SR
Magnitudes and Timescales of Total Solar Irradiance Variability
太阳的净辐射输出在几分钟到十亿年的时间尺度上变化。直接测量的太阳总辐照度(TSI)显示的变化,在空间和光谱集成的辐射能量的时间尺度短至分钟,只要一个太阳周期。在几分钟内的~ 0.01%的变化是由对流和振荡的叠加引起的,在罕见的情况下,非常大的太阳耀斑会导致稍微更大的可测量信号。在几天到几周的时间尺度上,光球磁活动的变化对太阳亮度的影响约为0.1%。11年的太阳活动周期显示出相当的变化幅度,辐照度在太阳活动最大值附近达到峰值。由于受到仪器稳定性和空间记录持续时间相对较短的限制,长期变化较难辨别。根据太阳表面磁活动的指标,如太阳黑子、光斑和宇宙成因同位素记录,对太阳辐照度的历史重建表明,太阳亮度在几十年到几千年之间会发生变化,尽管这些变化的幅度由于它们所依赖的间接历史记录而具有很高的不确定性。恒星演化影响更长的时间尺度,并对最大的太阳变化负责。在这份手稿中,我总结了太阳的变化幅度在不同的时间制度,并讨论了辐照度记录的太阳和气候研究的相关性,以及探测太阳系外行星凌日类恒星。
2016-07-01 astro-ph.SR
Comment on the paper by Popova et al. "On a role of quadruple component of magnetic field in defining solar activity in grand cycles"
Popova等人的论文提出了一个过于简化的太阳活动数学模型,声称可以预测/追溯几千年。这项工作包含几个缺陷,使结果贬值:(1)从信号处理的角度来看,该方法是不可靠的(仅根据35年的数据不可能进行数千年的谐波预测),缺乏质量控制,(2)事后预测的结果显然与观测数据相矛盾。(3)总而言之,提出了一个与完全太阳发电机理论几乎无关的多谐数学模型,该模型不适用于实际太阳条件,因为太阳活动具有显著的混沌/随机内在成分和强烈的非平稳性。所得到的结果显然与过去的数据不一致,因此不能相信未来的预测。
2017-10-14 astro-ph.SR
Multi-scale harmonic model for solar and climate cyclical variation throughout the Holocene based on Jupiter-Saturn tidal frequencies plus the 11-year solar dynamo cycle
自1749年以来的太阳黑子记录由三个主要周期组成(9.98,10.9和11.86年)。边频率与木星和土星的大潮周期(9.93年)和木星的潮汐恒星周期(11.86年)有关。基于上述两个行星潮汐频率和木星和土星行星潮汐相的确切日期,加上理论上推导的10.87年中心周期,简化的谐波成分模型揭示了大约115年,61年和130年的复杂准周期干扰/拍频模式,加上大约983年的准千年大拍频周期。我们发现,在用于重建太阳活动的宇宙起源记录和整个全新世的代理气候记录中发现了等效的同步周期。准长期拍振荡后报合理以及已知的长期低太阳活动在上个千年称为奥尔特,沃尔夫,斯波勒,蒙德和道尔顿极小期,以及17 115年的长期振荡发现在过去2000年的温度重建。千禧年三频拍周期后推相当于12,000年的太阳和气候周期。1900-1920年和1960-1980年的长期太阳极小期,1870-1890年,1940-1950年和1995-2005年的长期太阳极大期,以及20世纪的长期上升趋势被恢复:这种调制趋势与某些太阳代理模型非常一致,与ACRIM TSI卫星复合材料和自1850年以来的全球表面温度调制。该模型预测在2020-2045年期间将出现一个新的延长的太阳极小期,这将是由61年和115年重建周期的极小期产生的。太阳和气候振荡与行星运动有关,而且,它们的时间可以合理地追溯和预测几十年,几个世纪和几千年。Smyth…
2012-03-19 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.geo-ph
Long-term forcing of Sun's coronal field, open flux and cosmic ray modulation potential during grand minima, maxima and regular activity phases by the solar dynamo mechanism
本研究利用随机强迫的太阳发电机模型进行长期模拟,揭示了发电机产生的磁场如何控制日冕结构和日球层状态,证明了模拟与重建的太阳开放磁通量功率谱一致,为解释长期太阳周期变率提供了理论基础。
2023-06-30 astro-ph.SR physics.space-ph
Nonlinear and chaotic resonances in solar activity
结果表明,1749-2009年太阳黑子数的小波回归去趋势波动具有较强的周期性,周期约为3.7年。小波回归方法从大约11年的时间段的数据去趋势。因此,三分之一次谐波共振可以作为11年太阳周期的背景。它还表明,小波回归去趋势波动谱的宽带部分表现出指数衰减,连同积极的最大李雅普诺夫指数,是混沌的标志。利用复时分析方法,从理论上分析了光谱宽带部分的指数衰减率与卡林顿太阳自转周期的关系。简要讨论了次谐波共振的驱动周期(3.7年)与活动经度翻转现象的关系,即太阳黑子活动的主要部分平均每3.7年改变一次经度。
2010-05-04 astro-ph.SR nlin.CD
The Dalton Minimum and John Dalton's Auroral Observations
除了大约11年的常规施瓦贝周期外,通过对太阳黑子和极光的直接观测以及宇宙成因同位素的代用数据,还发现了“延长的太阳活动极小期”。其中一些极小值被认为是太阳的大极小值,这可能与太阳发电机的特殊状态有关,并引起了重大的科学兴趣。在本文中,我们回顾了这些长期的太阳活动极小已被确定。特别是,我们专注于道尔顿最小值,这是约翰道尔顿命名。我们回顾道尔顿的科学成就,特别是在天体物理学。特别强调的是他一生的极光显示约五十年来在英国的观察。道尔顿对极光频率的观察使他注意到19世纪初极光的稀少。我们从现代的角度分析了这种显示器的年频率的时间变化。道尔顿观测站的当代地磁位置使他的数据集非常有价值,因为他的观测站位于亚极光区,对太阳爆发和太阳风流的轻微增强相对敏感。他的数据表明,19世纪初有明确的太阳活动周期,1798年至1824年有明显的太阳活动周期。此外,他的数据还揭示了1797年极光频率的显著峰值,这与被认为发生在第四太阳活动周期结束时的“失去的周期”相吻合。因此,约翰·道尔顿的成就仍然可以有益于现代科学,帮助我们提高对道尔顿极小值的理解。
2020-12-26 astro-ph.SR physics.hist-ph physics.space-ph
No evidence for absence of solar dynamo synchronization
本文通过分析过去千年的宇宙成因放射性核素数据,发现由$^{14}$C推断的太阳黑子数据与同步的太阳发电机模型相符,证实了金星-地球-木星系统大潮的同步作用。
2023-03-02 astro-ph.EP astro-ph.SR