Apresentação
As recentes oscilações de longo prazo do campo magnético do fundo solar, associadas às ondas duplas de dínamo geradas nas camadas internas e externas do Sol, indicam que a atividade solar está caminhando nas próximas três décadas (2019-2055) para um grande mínimo moderno semelhante ao Maunder um. Por outro lado, uma reconstrução da irradiância total solar sugere que desde o mínimo de Maunder há um aumento na irradiação solar total média do ciclo (TSI) por um valor de cerca de 1-1,5 Wm-² intimamente correlacionado com um aumento do temperatura terrestre inicial (média). A fim de entender essas duas tendências opostas, calculamos a curva de resumo do duplo dínamo das variações do campo magnético para trás cem mil anos, permitindo-nos confirmar fortes oscilações da atividade solar em grandezas regulares (11 anos) e recentemente relatadas (350-400 anos) ciclos solares causados ??por ações do duplo dínamo solar. Além disso, as oscilações da linha de base (linha zero) do campo magnético com um período de 1950 ± 95 anos (um ciclo supergrandes) são descobertas através da aplicação de um filtro de média móvel para suprimir oscilações de grande escala de ciclos de 11 anos. O mínimo mais recente das oscilações da linha de base é encontrado para coincidir com o grande mínimo solar (o mínimo Maunder) ocorrido antes do início do ciclo supergrandes atual. Desde então, a magnitude da linha de base foi aumentando lentamente em direção ao seu máximo em 2600 para ser seguida por sua diminuição e mínima em ~ 3700. Estas oscilações do campo magnético solar da linha de base são encontradas associadas a um movimento de inércia solar de longo prazo sobre o baricentro do sistema solar e intimamente ligado a um aumento da irradiância solar e da temperatura terrestre nos últimos dois séculos. Prevê-se que essa tendência continue nos próximos seis séculos, o que pode levar a um aumento natural da temperatura terrestre em mais de 2,5 ° C até 2600.
Introdução
A compreensão da atividade solar é testada pela exatidão de sua previsão. Este último tornou-se muito difícil derivar dos números observados de manchas solares e encaixar-se suficientemente próximo da previsão de alguns ciclos solares futuros ou mesmo em um único ciclo solar até que o ciclo esteja bem avançado. Em muitos modelos, há um desacordo consistente para o ciclo 24 entre os números medidos de manchas solares e os previstos. Essa discordância é uma indicação clara de que há algo faltando na definição da atividade solar pelos números das manchas solares, que são o produto coletivo de muitos instrumentos e observadores em todo o mundo. Esta discrepância também indica que o aparecimento de manchas solares na superfície durante um ciclo solar é governado pela ação de alguns processos físicos do dínamo solar, que ainda não foram considerados nos modelos. Além disso, foi detectado pela primeira vez por Stix para o ciclo 22 e posteriormente confirmado por Zharkov para o ciclo 23 que a polaridade do campo magnético do fundo solar é sempre oposta à polaridade principal das manchas solares, enquanto o tempo e a localização da aparência solar na solar a superfície é, de fato, governada por esse campo magnético de fundo.
Esta pesquisa nos inspirou a investigar este campo magnético de fundo solar como uma nova proxy da atividade solar. A fim de reduzir a dimensionalidade de quaisquer ondas presentes nos dados observacionais do campo magnético de fundo, Zharkova exploraram um campo magnético de fundo solar aplicando Análise de Componentes Principais (PCA) aos magnetogramas de disco rígido de baixa resolução capturados nos ciclos 21 –23 pelo Observatório Solar de Wilcox. Essa abordagem revelou não um, mas dois componentes principais (PCs) com os maiores valores próprios (ondas mais fortes de oscilações magnéticas solares) cobrindo cerca de 67% dos dados por desvio padrão. Os PCs são mostrados associados a duas ondas magnéticas atribuídas ao campo magnético poloidal gerado por um dínamo duplo com fontes magnéticas dipolares nas camadas interna e externa do interior solar. Essas ondas são consideradas assimétricas por padrão, uma vez que começam nos hemisférios opostos enquanto viajam com uma mudança de fase crescente para o hemisfério norte (em ciclos ímpares) e para o hemisfério sul (em ciclos pares). O máximo de atividade solar para um dado ciclo (ou duplo máximo para as ondas duplas com um maior deslocamento de fase) ocorre nos momentos em que cada uma das ondas se aproxima de seu máximo, de modo que nas amplitudes iguais as duas ondas possam ter interação ressonante. O hemisfério onde isso acontece torna-se o mais ativo, naturalmente responsável pela assimetria Norte-Sul, freqüentemente relatada, da atividade solar no ciclo 23 e em alguns outros ciclos de 11 anos.
Essas duas ondas magnéticas de campo poloidal geradas durante um ciclo solar pela força eletromotriz nas duas camadas (interna e externa) podem ser convertidas em duas ondas do campo magnético toroidal associadas às manchas solares. As curvas de resumo das duas ondas de campo magnético poloidal produzem as duas ondas magnéticas do campo magnético toroidal e sua curva sumária, cujo módulo está intimamente associado à atividade solar definida pelos números médios das manchas solares. A existência de duas ondas nos campos magnéticos poloidais (e toroidais) geradas em duas camadas, ao invés de uma única usada nos modelos mais preditivos, e a presença de uma diferença de fase variável entre as duas ondas podem naturalmente explicar as dificuldades em predizer a atividade solar (ou nossa curva de resumo) com uma única onda dínamo.
As duas ondas magnéticas geradas pelos dipolos magnéticos em duas camadas diferentes do interior solar geram com a força eletromotriz do dínamo solar campos magnéticos toroidais, ou loops magnéticos que se transformam em manchas solares na superfície. Essa interferência é especialmente intensa quando as amplitudes de onda se aproximam, de modo que as ondas possam alcançar uma ressonância que marca o máximo de atividade solar para um dado ciclo. O hemisfério onde essas ondas atingem o máximo, torna-se o mais ativo. Ao mesmo tempo, as ondas magnéticas da camada interna viajam através da camada externa do interior solar até a superfície solar e interferem com as ondas magnéticas geradas nessa camada externa. Em alguns momentos, as duas ondas, geradas nas camadas interna e externa, parecem estar na anti-fase, causando uma interferência disruptiva. Isso reduz drasticamente a magnitude da onda resultante e, assim, leva a uma redução significativa na produção de campos toroidais ou números de manchas solares.
A curva de resumo resultante, que está ligada à curva de atividade solar definida pelos números médios de manchas solares, restaurada para trás durante 3.000 anos, mostra cerca de 9 grandes ciclos de 350-400 anos, com os tempos de seus mínimos tendo notáveis ??semelhanças com os relatados de as manchas solares e a atividade terrestre nos últimos milênios: Maunder (grand) Minimum (1645–1715), Wolf grand minimum (1200), Oort grand minimum (1010–1050), Homer grand minimum (800–900 aC), combinado com o períodos de aquecimento: medieval (900-1200), romano (400-10 aC) e outros ocorreram entre o grand minima. Essa abordagem nos permitiu prever o grande mínimo solar moderno (GSM) que se aproxima do Sol em 2020–2055. Este grande mínimo oferece uma oportunidade única para os cientistas do espaço e todas as pessoas do planeta para testemunhar em muitos detalhes o mínimo moderno e compreender melhor a natureza da atividade solar.
Embora tenha sido observado que o mínimo de Sporer (1460-1550) não está presente em nossa curva sumária, que em vez disso, durante o mesmo período de tempo, mostra um grande ciclo padrão, o anterior ao grande ciclo moderno (17-21 séculos). ). Zharkova argumentaram razoavelmente que o mínimo de Sporer é um artefato do forte aumento na época em que a radiação de fundo na Terra causada pela explosão de uma supernova muito próxima (cerca de 600-700 anos-luz) ocorreu no céu do sul. A radiação induzida por esta explosão para este período não foi considerada na radiação de fundo necessária para o método de datação pelo carbono, que poderia alterar as datas em algumas centenas de anos.
Estas variações de campo magnético de duas ondas foram testadas com o modelo de dínamo de duas camadas da Parker com circulação meridional, mostrando que as grandes variações de ciclo do campo magnético são induzidas por um efeito de batimento (com um período de 350-400 anos) da interferência de ondas geradas em cada camada. Essas variações são afetadas pelas mudanças nos números de dínamo solar em cada camada, descrevendo uma ação conjunta de rotação diferencial solar (efeito-?) e cisalhamento radial (efeito-?). Supõe-se que ambas as ondas do dínamo são produzidas por fontes magnéticas dipolares: uma na camada subsuperficial e outra profundamente na zona de convecção solar, com os parâmetros em cada camada a serem bastante diferentes. Essa diferença levou a duas ondas magnéticas, similares àquelas derivadas com PCA (ver Fig. 3 em Zharkova), que viajam de um hemisfério para outro com diferentes, porém próximas frequências e aumentando as mudanças de fase e produzindo os grandes ciclos do durações e formas semelhantes, derivadas das observações usando o PCA.
Os padrões temporais e latitudinais mostrados por dois componentes principais que definem as ondas do dínamo geradas nas camadas interna e externa do interior solar podem naturalmente explicar a diferença nos fluxos magnéticos observados nos hemisférios opostos relatados por Shetye. Já que as duas ondas do dínamo duplo viajam com diferentes fases, de modo que em um dado momento elas têm amplitudes diferentes (ver Fig. 1 em Zharkova.) que podem explicar um fluxo magnético muito maior observado no hemisfério norte do que no sul um na fase descendente do ciclo 23 e uma tendência inversa na fase ascendente do ciclo 24 relatada por Shetye. Além disso, essas duas ondas geradas em diferentes camadas ganham frequências próximas, mas não iguais, devido a diferentes velocidades de circulação meridional em cada camada, como sugerido por Shetye, de modo que sua interferência naturalmente leva a um efeito de batimento com as oscilações do envelope ( grandes ciclos) ocorrendo na freqüência igual a uma diferença de frequências das ondas individuais. Os comprimentos dos grandes ciclos individuais dependem de um tempo real, como mostrado na curva de resumo da atividade solar extrapolada para trás por dois e três milênios, tornando alguns grandes ciclos mais curtos com amplitudes mais altas e os outros maiores com amplitudes menores.
Todas estas derivações das ondas magnéticas observadas ou componentes principais, geradas por fontes magnéticas dipolares foram realizadas puramente a partir dos dados magnéticos solares, assumindo que o Sol é um sistema isolado que gera suas próprias ondas por suas próprias regras (dínamo).
No entanto, Hays mostraram que pequenas influências planetárias no magnetismo solar vistas da Terra podem ter efeitos a longo prazo no clima da Terra. Conforme estabelecido por Milankovich (ver também https://en.wikipedia.org/wiki/Milankovitch_cycles), há vários aspectos dos movimentos da Terra no sistema solar, que podem afetar as mudanças climáticas terrestres ao longo de muitos milhares de anos. Por exemplo, a inclinação do eixo Terra é mostrada para afetar as variações de temperatura terrestre com a estação e suas durações, enquanto a excentricidade da órbita da Terra e diferentes tipos de precessão definem variações de longo prazo da temperatura terrestre em uma escala de 20, 40 e 100 mil. anos derivados das geleiras antárticas.
Essas oscilações orbitais da rotação da Terra em torno do Sol afetam fortemente a irradiância solar e a temperatura na Terra. A irradiação solar é aceita como um dos fatores importantes que definem as variações de temperatura na Terra e em outros planetas, pois é a principal fonte de energia. A reconstrução da irradiância total solar do ciclo de volta a 1610 sugere que, desde o final do mínimo de Maunder, houve o aumento da irradiância por um valor de cerca de 1 a 1,5 Wm-², ou cerca de 3% do total irradiação solar. Este aumento está correlacionado de forma bastante próxima com as oscilações da linha de base da temperatura terrestre, que se encontra em constante aumento desde o mínimo de Maunder (por exemplo, recuperando da mini idade do gelo). Embora, ainda não esteja claro se essa tendência na temperatura terrestre e na irradiação solar é causada diretamente pelo aumento da atividade solar em si ou por alguns outros fatores da interação solar-terrestre em todo o sistema solar e atividades humanas.
Restauração das Ondas do Dínamo Duplo nos Cem Milênios Passados
Como mostramos anteriormente, a curva de resumo resultante das duas ondas magnéticas detectadas com o PCA pode ser usada para predição de uma atividade solar geralmente associada aos números médios de manchas solares. Vamos explorar esta curva de resumo, como aproximação da atividade solar em uma escala de tempo maior de cem milênios.
Na Figura 1 apresentamos 3000 anos da curva de resumo (gráfico superior, curva azul) calculada para trás a partir da data atual, na qual superplotamos o gráfico da atividade solar restaurada / irradiância derivada de Solanki (gráfico superior, curva vermelha ). A curva de irradiância solar anterior ao século 17 foi restaurada a partir do isótopo de carbono ?¹4C abundância na biomassa terrestre mesclada no século 17 até os dias atuais com a curva de atividade solar derivada dos números observados de manchas solares.
Pode-se notar que em muitas ocasiões a curva de resumo traçada para trás por 3000 anos na Fig. 1 revela uma notável semelhança com a atividade solar e a atividade terrestre relatada por esses 3000 anos a partir da datação por isótopos de carbono. A curva de resumo mostra com precisão o mínimo geral recente (mínimo de Maunder) (1645–1715), o outro grandima mínimo: mínimo de lobo (1300–1350), mínimo de Oort (1000–1050), mínimo de Homero (800–900 aC); também o período quente medieval (900-1200), o período quente romano (400-150 aC) e assim por diante. Esses grand minima e grand maxima revelam a presença de um grande ciclo de atividade solar com uma duração de cerca de 350-400 anos, semelhante aos ciclos de curto prazo detectados no gelo da Antártida. Os ciclos de 11/22 e 370-400 anos também foram confirmados em outros planetas pela análise espectral de oscilações solares e planetárias. O próximo grande mínimo moderno da atividade solar está sobre nós em 2020–20556.
Zharkova apontou que ciclos maiores e longos têm um número maior de ciclos regulares de 11 anos dentro do envelope de um grande ciclo, mas suas amplitudes são menores do que em grandes ciclos menores. Isto significa que existem modulações significativas das frequências de ondas magnéticas geradas para diferentes grandes ciclos nestas duas camadas: uma camada mais profunda perto da parte inferior da Zona Convectiva Solar (SCZ) e uma camada rasa próxima da superfície solar cujas condições físicas derivam frequências e amplitudes de ondas de dínamo. Quanto maior a diferença entre essas frequências, menor o número de ciclos regulares de 22 anos dentro do grande ciclo e maiores suas amplitudes. Mais tarde, Popova também mostraram que a atividade solar reduzida durante o mínimo de Dalton (1790-1820), que estava fracamente presente na curva sumária para fontes dipolo, é reproduzida muito mais próxima das observações da atividade média das manchas solares pela consideração do componentes quádruplos de ondas magnéticas, os próximos dois eigen vetores obtidos com PCA, produzidos por fontes magnéticas quádruplas.
Além disso, na Fig. 1 (gráfico inferior) apresentamos a curva resumida simulada para 100 000 anos de trás para frente (linha azul), sobre a qual plotamos a curva de linha de base média (curva vermelha) filtrando grandes oscilações de ciclo com uma corrida filtro de média de 25 mil anos. Este gráfico revela as oscilações de linha de base de cerca de 40.000 (quarenta mil) anos (ver a função periódica aparecendo entre 20 K e 60 K anos na parcela inferior). Provavelmente, são as oscilações causadas pela inclinação do eixo da Terra (obliquidade), e. pela precessão da inclinação do eixo de rotação da Terra em relação às estrelas fixas, ou as variações do eixo da Terra inclinam-se entre 22,1 ° e 24,5 ° (a inclinação atual é de 23,44 °). Este efeito de obliquidade da Terra é incorporado na curva sumária derivada por nós das observações magnéticas solares. Isso indica que as medições de um campo magnético do Sol a partir da Terra, ou dos satélites na órbita próxima à Terra, contêm também os efeitos orbitais da rotação da Terra sobre o Sol e de qualquer outro movimento pelo próprio Sol, que pretendemos explorar mais nas seções abaixo.
Detecção das oscilações de linha de base do campo magnético solar
Na Figura 2 apresentamos 20 mil anos da curva de resumo (entre 70 e 90 mil anos para trás), na qual, além dos grandes ciclos de 350-400 anos de atividade solar, há também indicações de supergrandes maiores. ciclos marcados pelas linhas verticais (o gráfico superior). Comparando na Fig. 2 (trama de cima) as características semi-similares (entre as linhas verticais) dos cinco grandes ciclos repetidos do total com uma duração de cerca de 2000-2100 anos, pode-se ver uma notável semelhança das formas destes 5 grandes ciclos, que se repetem cerca de 9 (nove) vezes durante os 20 mil anos.
A fim de compreender a natureza dessas super grandiosas oscilações e derivar a freqüência / período exatos desse ciclo supergrandes, vamos filtrar as grandes oscilações dos ciclos solares de 11/22 anos com o filtro de média móvel (1000 anos). As oscilações da linha de base resultantes são mostradas por uma curva azul escura na Fig. 2 (gráfico inferior) sobreposta na curva de resumo (curva azul clara) tirada da curva de resumo calculada para trás entre 90 e 70 mil anos. Para uma comparação, o eixo Y esquerdo fornece o intervalo de variações da curva da linha de base (?10, 10), enquanto o eixo Y do lado direito produz o mesmo para a curva de resumo (?500, 500). As variações de linha de base são, na verdade, as variações da linha zero da curva de resumo, que são muito pequenas para serem observadas nessa curva sem filtrar oscilações de grande escala de ciclos de 11 anos.
É evidente que a linha azul escura na Fig. 2 (gráfico inferior) mostra muito (50 vezes) menores oscilações da linha de base do campo magnético com um período de anos, que é incorporado nas medições do campo magnético da curva de resumo curva azul). As oscilações da linha de base mostram um período muito estável de 2000 a 2100 anos, ocorrendo durante toda a duração das simulações de 120 mil anos, para as quais a curva de resumo foi calculada. Isso significa que essa oscilação do campo magnético da linha de base deve ser induzida por um processo bastante estável, seja dentro ou fora do sol. Este período de oscilação de linha de base está muito próximo do período de 2100 a 2400 anos relatado a partir das outras observações do Sol e dos planetas.
Para entender a natureza dessas oscilações, decidimos comparar essas oscilações com a curva de irradiância solar derivada nos últimos 10000 anos por Solanki, Krivova conforme apresentado por 3000 anos na Fig. 1 (gráfico superior, curva vermelha ). Na Fig. 3 a curva de irradiância de Krivova e Solanki27,28 foi plotada para os ciclos grandiosos atual e passado da seguinte forma: a curva sumária do campo magnético (linha azul clara), as oscilações da linha de base (linha azul escura) e restaurou a irradiância solar (linha magenta), que foi ligeiramente reduzida em magnitude nos anos 0-1400, a fim de não obscurecer as oscilações da linha de base. O retângulo escuro indica a posição do Mínimo de Maunder (MM) coincidindo com o mínimo da curva de linha de base atual e o mínimo de irradiância solar. Após o MM, a curva da linha de base é mostrada em crescimento nos próximos 1000 anos (por exemplo, até 2600). Durante os anos atuais, a curva de irradiância solar segue esse crescimento da linha de base (com um coeficiente de correlação de cerca de 0,68).
Figura 3
Para mais informações, apresentamos na Fig. 3 (gráfico inferior) as variações da temperatura da Terra nos últimos 140 anos como derivadas por Akasofu com a linha escura sólida mostrando o aumento de linha de base da temperatura, áreas azuis e vermelhas mostram oscilações naturais de esta temperatura causada por causas terrestres combinadas e atividade solar. A tendência derivada por Akasofu mostra o aumento da temperatura terrestre em 0,5 ° C por 100 anos. Espera-se também que este crescimento de temperatura continue nos próximos 600 anos até 2600. Embora, se seguir a curva de base, esse crescimento não poderia ser linear como foi nos primeiros anos mostrado na curva de Akasofu, mas terá alguma saturação mais próxima o máximo que qualquer função periódica (seno ou cosseno) normalmente tem.
Ligações das oscilações de linha de base com movimento inercial solar (SIM)
Os componentes principais e sua curva de resumo foram detectados a partir das oscilações do campo magnético do fundo solar produzidas no sol. Grande parte dessas oscilações relacionadas ao ciclo solar de 11 anos e ao grande ciclo de 350-400 anos são bem explicadas pelas ondas magnéticas geradas por ondas de dínamo solares em camadas internas e externas. Eles podem explicar as oscilações do campo magnético com um grande ciclo pelos efeitos de batida das duas ondas geradas nessas duas camadas. No entanto, é bastante difícil encontrar qualquer mecanismo no interior solar que possa explicar oscilações muito mais fracas e mais longas da linha de base do campo magnético. Portanto, precisamos procurar algumas razões externas para essas oscilações.
Kuklin primeiro sugeriu que a atividade solar em uma escala de tempo maior pode ser afetada pelo movimento de grandes planetas do sistema solar. Esta sugestão foi mais tarde desenvolvida por Fairbridge, Charvatova e Palus que descobriram que o Sol, como uma estrela central do sistema solar, está sujeito ao movimento inercial em torno do baricentro do sistema solar induzido pelos movimentos dos outros planetas (principalmente grandes planetas, por exemplo, Netuno, Júpiter e Saturno).
Movimento inercial solar (SIM) é o movimento do Sol em torno deste baricentro do sistema solar, como mostrado na Fig. 4, reproduzido a partir do artigo de Richard Mackey35. São mostradas aqui três órbitas completas do Sol, cada uma das quais leva cerca de 179 anos. Cada órbita solar é composta por cerca de oito ciclos solares de 22 anos. O intervalo de tempo total mostrado na Fig. 4 é, portanto, três ciclos solares de 179 anos, por cerca de 550-600 anos. O Sol gira em torno do baricentro do sistema solar dentro do círculo com um diâmetro de cerca de ? = 4,3RSun, ou ? = 29 910 km, onde RSun é um raio solar. Este desenho esquemático ilustra mudanças repentinas no movimento de inércia solar (SIM) à medida que o Sol viaja em em forma de órbita epitrocóide em torno do centro de massa do sistema solar.
O SIM possui órbitas muito complexas, induzindo as posições trifolares de planetas grandes alcançados para diferentes configurações do planeta, mudando aproximadamente dentro de 370 anos, como indicado por Charvatova. Ela também afirmou que há um período maior de 2100 a 2400 anos relacionado ao ciclo completo das posições do planeta em sua rotação ao redor do Sol (ver Fig. 5 do artigo de Charvatova). Como o SIM ocorre para o Sol observado a partir da Terra, acreditamos que apenas o SIM pode definir as oscilações fracas da linha de base do campo magnético solar relatadas acima.
Embora, ao contrário de Fairbridge e Charvatova, não propomos a substituição do papel do dínamo solar na atividade solar pelos efeitos de grandes planetas, ou movimento inercial solar. Esta substituição seria muito irrealista da consideração de energia porque os efeitos de maré dos planetas são incapazes de causar um efeito direto sobre a geração de ondas de dínamo no fundo da zona convectiva solar (ZPE).
No entanto, à luz dos recém-descobertos efeitos de duplo dínamo no interior solar, os planetas podem certamente perturbar as propriedades do interior solar que governam o dínamo solar na camada externa, como a rotação diferencial solar, ou efeito-?, a migração governante de um magnético. fluxo através da camada externa para a sua superfície, e aqueles de efeito-? que podem alterar a velocidade de circulação meridional. Isso leva às ondas do dínamo nessa camada externa com a freqüência levemente diferente daquela da camada interna e, portanto, aos efeitos de batimento causados ??pela interferência dessas duas ondas e aos grandes ciclos discutidos acima.
Apesar disso, Abreu sugeriram que as forças de maré de grandes planetas podem excitar as ondas gravitacionais na tachocline, que podem se propagar para a superfície equilibrada pela flutuabilidade do interior solar e inserir um torque de maré líquido na pequena região entre taclinha e zona radiativa. Ao mesmo tempo, a forma da tachocline foi inferida a partir de observações heliosísicas com geometria do prolato para mostrar a elipticidade 1000 vezes maior que no nível fotosférico.
Usando esse achado, Abreu sugeriram que um possível torque planetário pode surgir a partir da tachocline não esférica e modular as propriedades das ondas do dínamo ali geradas (Abreu, 2012). Os autores usaram taxas de produção de isótopos Be ou C das proximidades terrestres para derivar os vários períodos de atividade solar e terrestre usando análise de wavelets e encontraram os períodos próximos a 370 e 2100 anos relatados acima. Embora os períodos desta atividade encontrados por Abreu tenham sido objetados posteriormente por Cameron e Shussler, que argumentaram que esses períodos de atividade são aleatórios e não têm uma força causal real. Esse diálogo demonstrou que a ausência de dados solares de longo prazo era a obstrução para a detecção acurada de períodos mais curtos da atividade solar-terrestre.
No entanto, uma detecção com PCA do campo magnético de fundo solar e observações heliossísmicas de HMI de duas camadas no interior solar com diferentes direções e velocidades de circulação meridional, onde duas ondas dínmicas podem ser geradas por fontes magnéticas dipolo ou dipolo mais quádruplo levanta esses requisitos bastante rígidos para que o torque planetário atue profundamente dentro do Sol em sua tachocline. Em vez disso, o torque planetário pode afetar diferentemente a flutuabilidade e a rotação diferencial da zona convectiva nas camadas externas em ambos os hemisférios, produzindo efeitos diferentes de ? e efeito ? e diferentes velocidades de circulação meridional comparadas àquelas na camada interna. perto da parte inferior da tachocline.
Esses parâmetros, por sua vez, provavelmente serão os contribuidores efetivos que governam as frequências e fases das ondas do dínamo na camada externa, produzindo, assim, as frequências de batimento resultantes obtidas da onda sumária causada por essas duas interferências de onda.
Efeitos de SIM em uma temperatura nos hemisférios terrestres
Foi indicado por Shirley que a irradiação solar causada pelo SIM pode ser aumentada em até 3,5% no ponto mais próximo da Terra e diminuída na mesma quantidade no ponto mais distante. E esses pontos mais próximos e mais distantes variam no tempo entre o afélio (solstício de verão) e o periélio (solstício de inverno) com um período de cerca de 2100 a 2400 anos.
Para entender como esse movimento SIM afetaria a irradiância solar na órbita da Terra, vamos olhar para o desenho do movimento da Terra ao redor do Sol (Fig. 6). Se o Sol estava estacionário e localizado no foco da órbita da Terra, então a irradiância solar e, portanto, as estações na Terra são definidas pela posição do nosso planeta na órbita em torno do Sol. No afélio (1,53 × 108 km do foco onde o Sol está localizado, 21-24 de junho, posição 1, há um verão no hemisfério norte e inverno no hemisfério sul. Enquanto no periélio (1,47 × 108 km de o foco da órbita terrestre, de 21 a 24 de dezembro, a posição 2, o verão no hemisfério sul e o inverno nos hemisférios norte, as estações são causadas pelo aumento ou redução da irradiação solar causada, por sua vez, pela inclinação do O eixo da Terra em direção ao sol ou a partir dele.
Figura 6
Como o Sol se move ao redor do baricentro do sistema solar, isso implica que ele também se desloca em torno do foco principal da órbita da Terra, estando mais próximo de seu periélio ou de seu afélio. Se a Terra girar ao redor do Sol sem perturbações por movimento inercial, então as distâncias ao seu periélio serão de 1,47 × 108 km e até o afélio de 1,52 × 108 km. O movimento de inércia solar significa para a Terra que a distância entre o Sol e a Terra tem que mudar significativamente (até 0,02 de au) nas posições extremas do SIM, assim como a irradiação solar média, que é inversamente proporcional ao quadrado distância entre o Sol e a Terra.
Se durante o SIM o Sol se aproxima do periélio e do equinócio de primavera (posições 2), aumentando a excentricidade da órbita, a distância entre o Sol e a Terra será a mais curta no periélio aproximando-se de 1,44 × 108 km enquanto no afélio aumentará para 1,55 × 108 km. Isso significa que, nesses momentos, a Terra receberia uma irradiação solar superior à usual (que pode levar a temperaturas terrestres mais altas), ao se aproximar do periélio durante o inverno e a primavera (invernos e nascentes mais quentes no hemisfério norte, verões e outonos no sul). Ao mesmo tempo, quando a Terra se move para o seu afélio, a distância entre a Terra e o Sol é aumentada devido ao SIM, resultando na redução da irradiação solar durante o verão e outono no Norte e inverno / primavera nos hemisférios do Sul. Este cenário com a irradiação solar e a temperatura terrestre provavelmente acontecerá durante o milênio antes do Mínimo de Maunder.
Se o Sol se move em seu SIM mais próximo do afélio da Terra (posição 1) diminuindo a excentricidade da órbita da Terra e para o equinócio de outono como está acontecendo no milênio atual a partir do Mínimo de Maunder, então a distância entre Sol e Terra no afélio se tornará mais curto aproximando-se de 1,49 × 108 km durante o verão no norte e inverno nos hemisférios sul, e mais no periélio aproximando-se de 1,50 × 108, ou durante um inverno no norte e verão nos hemisférios sul. Assim, nesta posição SIM do Sol, a Terra em afélio deveria receber maior irradiação solar (e temperatura) durante os verões do hemisfério norte e do hemisfério sul. Quando a Terra se move para o seu periélio, a distância ao Sol se tornará mais longa e, assim, a irradiação solar se tornará mais baixa, levando a invernos mais frios no hemisfério norte e verões mais frios no sul. Isto é o que acontece na temperatura terrestre no milênio atual, começando desde o mínimo de Maunder e durando até 2600.
Portanto, é evidente que as oscilações do movimento inercial solar em torno do baricentro do sistema solar devem produzir variações muito diferentes da irradiância solar em cada hemisfério da Terra em diferentes estações do ano. Estas variações ocorrem em adição a qualquer outra variação da irradiação solar causada por maiores variações da própria atividade solar causada pela ação do dínamo solar. Além disso, Dikpati mostraram que, sob certas condições, o campo magnético pode ser conservado pela máquina dínamo abaixo da zona convectiva solar, que pode contribuir potencialmente para o aumento do campo magnético da linha de base, trazendo esse campo conservado para cima pelo SIM. Atualmente, o sistema solar está na fase do SIM quando o Sol se move em direção ao afélio (posição 1). Espera-se que isto conduza a um aumento constante durante outros 600 anos do campo magnético de base e, assim, a temperatura de verão no hemisfério Norte e a temperatura de inverno no Sul e a diminuição da temperatura de inverno na temperatura Norte e verão no Hemisférios do sul.
Espera-se que o aumento da irradiação solar nestes tempos conduza ao aumento da temperatura terrestre no hemisfério norte, onde estão localizados os observatórios mais solares que medem a temperatura terrestre. Como Akasofu derivou a taxa do aumento da temperatura nos séculos passados ??em cerca de 0,5ºC por 100 anos (ver Figura 3, gráfico inferior). Portanto, com uma extrapolação muito conservadora desta temperatura para os próximos seis séculos, seguindo a parábola da onda de base causada pelo SIM, esperamos um aumento da temperatura terrestre no hemisfério norte a partir da magnitude atual em cerca de 2,5 ° C ou um pouco maior . Este aumento é causado unicamente pela rotação do Sol sobre o baricentro do sistema solar, como é mostrado na Fig. 3, plotagem superior. Dado o fato de que essas variações de temperatura já ocorreram na Terra milhares de vezes no passado, espera-se que o sistema Terra-Sol lide com esse aumento de suas formas usuais. É claro que qualquer contribuição induzida pelo homem pode tornar esse aumento mais imprevisível e difícil de lidar se eles superarem os efeitos sobre a temperatura induzida pelo sol.
Temos que enfatizar que ainda haverá, é claro, o habitual campo magnético e oscilações de temperatura causadas pelos ciclos de atividade solar padrão de 11 e 350-400 anos, como relatado antes, ocorrendo no topo dessas oscilações de linha de base causadas pelo SIM. Como resultado, a radiação solar e temperatura terrestre devem oscilar em torno desta linha de base para os próximos 600 anos, aumentando durante os ciclos solares de 11 anos e 350 anos e diminuindo durante seus mínimos, semelhante às variações naturais de temperatura oscilando sobre a temperatura linha de base mostrada pela linha preta na trama por Akasofu (ver Fig. 3, gráfico inferior e Akasofu’s Fig. 9). No entanto, durante os próximos dois grandes mínimos solares, que deverão ocorrer em 2020-2055 (Modern grand solar mínimo com duração de 3 ciclos solares) e em 2370-2415 (futuro grand solar mínimo com duração de 4 ciclos) (ver Fig. 3 em Zharkova) espera-se que uma diminuição da temperatura terrestre seja similar àquelas durante o Mínimo de Maunder e, definitivamente, substancialmente maior do que as flutuações de temperatura natural mostradas na parcela de Akasofu. Note que estas oscilações da temperatura terrestre estimada não incluem quaisquer fatores induzidos pelo homem, mas somente os efeitos da atividade solar em si e do movimento inercial solar.
Conclusões
Até recentemente, a atividade solar era aceita como um dos fatores importantes que definem a temperatura na Terra e em outros planetas. Neste trabalho, reproduzimos a curva de resumo do campo magnético solar associada à atividade solar, para os cem mil anos atrás, usando as fórmulas que descrevem a soma dos dois componentes principais encontrados nos magnetogramas solares do disco inteiro. Nos últimos 3000 anos, a curva de resumo mostra a atividade solar a cada 11 anos e a ocorrência de 9 grandes ciclos solares de 350-400 anos, que são causados ??pelos efeitos de duas ondas magnéticas geradas pelo dínamo solar nas camadas interna e externa. dentro do interior solar com frequências próximas mas não iguais.
A curva sumária resultante revela uma semelhança notável com a atividade solar e terrestre relatada nos últimos milênios, incluindo os mínimos solares significativos: Maunder Mínimo (1645–1715), Lobo mínimo (1200), Oort mínimo (1010–1050), mínimo de Homer (800–900 aC) combinada com a grande máxima solar: o período quente morno (900–1200), o período quente romano (400–10BC) etc. Prevê também o próximo mínimo solar grandioso, semelhante ao Mínimo de Maunder, que começa em 2020 e durará até 2055.
Uma reconstrução da irradiância total solar sugere que há um aumento na irradiância solar total média do ciclo (TSI) desde o mínimo de Maunder por um valor de cerca de 1–1,5 Wm-². Esse aumento está intimamente correlacionado com o aumento semelhante de a temperatura média terrestre. Além disso, a partir da curva de resumo dos últimos 100 mil anos, encontramos as oscilações semelhantes da linha de base do campo magnético com um período de 1950 ± 95 anos (um super-grande ciclo solar) filtrando as oscilações de grande escala em 11 anos ciclos. O último mínimo de um ciclo supergrande ocorreu no início do mínimo de Maunder. Atualmente, o campo magnético de referência (e irradiância solar) está aumentando para atingir seu máximo em 2600, após o qual o campo magnético de referência se torna decrescente por mais 1000 anos.
As oscilações da linha de base do campo magnético solar são provavelmente causadas pelo movimento inercial solar sobre o baricentro do sistema solar causado por grandes planetas. Isto, por sua vez, está intimamente ligado a um aumento da irradiação solar causada pelas posições do Sol, mais próximas do afélio e do equinócio de outono ou do periélio e do equinócio de primavera. Portanto, as oscilações da linha de base definem a tendência global do campo magnético solar e da irradiância solar ao longo de um período de cerca de 2100 anos. No milênio atual, desde o mínimo de Maunder, temos o aumento do campo magnético da linha de base e a irradiação solar por mais 580 anos. Esse aumento leva ao aumento da temperatura terrestre como observado por Akasofu nos últimos duzentos anos. Com base na taxa de crescimento de 0,5 C por 100 anos26 para a temperatura terrestre desde o mínimo de Maunder, pode-se antecipar que o aumento do campo magnético solar de base previsto para até 2600 devido ao SIM levará, por sua vez, ao aumento de a temperatura da linha de base terrestre desde MM em 1,3 ° C (em 2100) e, pelo menos, em 2,5–3,0 ° C (em 2600).
Naturalmente, no topo deste aumento da temperatura terrestre da linha de base, impuseram-se oscilações de temperatura muito maiores causadas pelos ciclos de atividade solar padrão de 11 e 350-400 anos e causas terrestres. Espera-se que a temperatura terrestre cresça durante os máximos dos ciclos solares de 11 anos e diminua durante os seus mínimos. Além disso, as diminuições substanciais de temperatura são esperadas durante os dois grand minima em 2020–2055 e 2370–2415, cujas magnitudes ainda não podem ser previstas e precisam de mais investigações. Essas oscilações da temperatura terrestre estimada não incluem fatores induzidos pelo homem, que estavam fora do escopo do presente trabalho.
Publicado em 27/07/2019
Artigo original: https://www.nature.com/articles/s41598-019-45584-3
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