Сборник статей по новой хронологии

Выпуск 5
26 февраля 2007 г.
 

Исследование солнечной активности по китайским, японским и восточно-корейским летописям

М.Г. Никифоров
кандидат физико-математических наук
г. Москва
   

Содержание

Солнечная активность и ее наблюдение
Соответствие между наблюдением солнечных пятен и полярных cияний
Солнечная активность и образование радиоуглерода
Проверка данных за 17 век
Заключение
Приложение 1

Солнечная активность и ее наблюдение

Солнечная активность представляет собой совокупность явлений, наблюдаемых на Солнце, которые связаны с образованием солнечных пятен, факелов, флоккулов, волокон, протуберанцев, возникновением солнечных вспышек, возмущений в солнечной короне, увеличением ультрафиолетового, рентгеновского и корпускулярного излучения.
Величина солнечной активности характеризуется условными индексами, которые можно ввести по различным характеристикам, например, по числу солнечных пятен, площадью пятен, площадью и яркостью факелов, флоккулов, волокон и протуберанцев. Наиболее известной числовой характеристикой солнечной активности является число Вольфа, которая определяется известной формулой W = k (10g + f), где
g - число групп, f - число пятен на солнечном диске, k - коэффициент, зависящий от характеристик телескопа наблюдателя и условий наблюдения. За международную систему приняты числа Вольфа, публикуемые Цюрихской обсерваторией с 1849 (k = 1). Несмотря на большую неточность, индекс солнечной активности вычисляемый по Вольфу имеет то преимущество перед другими индексами солнечной активности, что его значения определены с 1749 года, более чем за 250 лет. При изучении индекса Вольфа, было обнаружено, что солнечная активность не является постоянной величиной и подвержена циклическим изменениям со средним периодом около 11 лет, который колеблется от 8 до 15 лет, а позднее, был найден более продолжительный цикл с периодом около 80 лет.

До появления первых телескопов, во времена, относящиеся к античности и средневековью, можно было регистрировать только самые простые и доступные проявления активности Солнца - солнечные пятна и полярные сияния. В моменты максимума солнечной активности на Солнце наблюдается большое количество пятен, многие имеют такие размеры, что их можно видеть даже невооруженным глазом. И наоборот, в моменты минимума солнечной активности, бывают периоды, когда пятна могут не наблюдаться вообще. Природа полярных сияний также напрямую связана с активностью Солнца. Сияния возникают из-за торможения заряженных частиц солнечного ветра вблизи магнитных полюсов Земли. Интенсивность сияний зависит от скорости и плотности солнечного ветра, которые достигают наибольших величин в годы максимума солнечной активности.
Полярные сияния наблюдаются преимущественно в высоких геомагнитных широтах обоих полушарий в овальных зонах-поясах, окружающих магнитные полюса Земли - авроральных овалах. В минимумах солнечной активности диаметры авроральных овалов составляют около 3 тысяч километров поэтому полярные сияния могут наблюдаться только на высоких широтах. В максимумах солнечной активности, авроальные овалы значительно расширяются и полярные сияния могут наблюдаться даже в средних широтах.

Для количественного описания солнечной активности в античности и средневековье, нам потребуется определить методику определения индекса солнечной активности, такую, чтобы она подходила для всего множества наблюдений. Далее, мы будем использовать два индекса солнечной активности SA, которые определим следующим образом.
1) Максимальный годовой индекс солнечной активности SAMax есть общегодовое число описаний наблюдений солнечных пятен и полярных сияний. При таком подсчете индекса наблюдения, которые проведены в близкие календарные даты, и даже в одну дату, будут считаться разными наблюдениями. Известно, что Солнце совершает оборот вокруг своей оси примерно за 27 дней, следовательно, наблюдения солнечного пятна разделенным временным интервалом менее 14 дней могут быть описанием одного и того же пятна. Но могут и не быть, если пятен несколько, или изначально замеченное пятно располагалось на крае диска, уходящем от наблюдателя. То же самое касается наблюдений, которые имеют точность определения даты от нескольких дней, до десятков дней. При такой методике подсчета индекса активности предполагается, что большое число упоминаний даже одного явления свидетельствует в пользу простоты наблюдения явления. То есть, частые упоминания даже одного и того же пятна свидетельствуют о его крупном размере, а полярного сияния - о высокой яркости, что характеризует величину солнечной активности.
2) Минимальный годовой индекс солнечной активности SAmin есть общегодовое число наблюдений пятен и полярных сияний, которые гарантировано, не связаны друг с другом. Известно, что обычно, солнечная вспышка может длиться до нескольких дней, следовательно, полярные сияния, произошедшие с интервалом менее недели могут быть генетически связаны с одной вспышкой. То же самое касается наблюдения солнечных пятен. Наблюдения, проведенные с интервалом менее двух недель могут быть описанием одного и того же пятна, поэтому рассматриваться не будут. Однако, при таком способе расчета индекса солнечной активности, некоторые независимые явления будут посчитаны как одно.
В дальнейшем, мы будем использовать не только индексы солнечной активности, которые усреднены по году, но и индексы, усредненные по другим временным интервалам.

В качестве источника данных о солнечной активности, мы использовали работу [1], где приведено свыше пятисот наблюдений солнечных пятен и полярных сияний. Если с идентификацией солнечных пятен вопросов не возникает, то с четким и однозначным выделением из описаний полярных сияний возникают затруднения. Проблема состоит в том, что описания не всегда подробны, а число других, более частых атмосферных явлений довольно много. Например, летом в средних широтах (40-60 градусов) можно наблюдать на фоне сумеречного сегмента серебристые облака, которые в отличии от обычных облаков светятся на более темном фоне неба. Самыми распространенными типами серебристых облаков являются "флер" и "полосы", которые можно перепутать с полярными сияниями. Поэтому, авторы [1] провели очень жесткий отбор исходной информации. Они исключили все: простые описания, в которых сообщается о свечении неба, например, корейские данные с 1500 по 1572 год, нечеткие описания, а так же все наблюдения, сделанные в утренние и вечерние часы. Вполне возможно, какая-то часть полярных сияний была исключена при таком отборе. Среди оставшихся описаний присутствуют все характерные типы полярных сияний, которые можно наблюдать на высоких геомагнитных широтах. Исходные данные по наблюдению полярных сияний и солнечных пятен приведены в приложении 1.

Соответствие между наблюдением солнечных пятен и полярных сияний

Как уже было отмечено выше, количество наблюдаемых солнечных пятен и число регистрируемых полярных сияний является проявлением солнечной активности, поэтому эти два явления связаны друг с другом. В годы максимумов солнечной активности мы наблюдаем наибольшее число полярных сияний, и наоборот, в моменты минимумов полярные сияния малочисленны и слабы, что может служить критерием для проверки информации по наблюдению пятен и полярных сияний.
Для этого, составим список зарегистрированных солнечных пятен и полярных сияний и проверим насколько появление этих генетически связанных явлений согласовано друг с другом. На рисунке 1 приведены рассчитанные индексы солнечной активности SAMax по полярным сияниям и пятнам от -2 до 17 века.

Рис.1 Индексы солнечной активности SAMax рассчитанные по пятнам и полярным сияниям.

Отсюда следует, что регулярные наблюдения солнечных пятен и полярных сияний начинаются на рубеже 11-12 веков, когда средневековое количество наблюдений возрастает в несколько раз по сравнению с частотой наблюдений в первом тысячелетии нашей эры. В наблюдениях имеется несколько продолжительных временных интервалов, когда солнечные пятна не регистрировались вообще, но полярные сияния при этом наблюдались. Пятен не было зафиксировано в период с 579 по 826 и с 974 по 1076 года. Информация по полярным сияниям представлена более полно чем по солнечным пятнам, однако и здесь существует полутора вековой пробел с 617 по 757 год. Пробел регистрации солнечных пятен в 6-9 веках можно объяснить низкой активностью Солнца или простой невнимательностью, поскольку за это время наблюдалось только 12 полярных сияний. Однако очень сложно дать объяснение вековому отсутствию пятен в 10-11 веках, когда было зарегистрировано 27 полярных сияний.



На рисунке 2 представлены полные солнечной активности SAmin и SAMax, которые были получены суммированием соответствующих вековых индексов активности по пятнам и сияниям.

Рис.2 Полные индексы солнечной активности SAmin и SAMax.

Разные способы определения индекса активности Солнца не привели к качественному изменению зависимости, что было вполне ожидаемым, поскольку наибольшая разница в индексах SAmin и SAMax будет достигаться там, где плотность наблюдений максимальна. Поэтому, при дальнейшем анализе мы будем использовать индекс SAMax.

Определим индексы активности по солнечным пятнам и полярным сияниям так же как раньше, но большим временным разрешением.

Рис.3 Индексы солнечной активности SAMax рассчитанные по пятнам и полярным сияниям с шагом усреднения в треть века.

На рис. 3 показаны четыре минимума солнечной активности, которые относятся к средневековью: минимум Оорта (1010-1050), Вольфа (1280-1340), Шперера (1420-1530) и Маундера (1645-1715). Минимумы Оорта, Вольфа и Шперера были обнаружены по радиоуглеродным данным в только в 20-м веке [8]. Минимум Маундера произошел во время, когда в Европе началась телескопическая эпоха, поэтому, в нашем распоряжении имеются независимые наблюдательные данные, которые должны быть проанализированы отдельно.

Определим, насколько соответствуют появление солнечных пятен с возникновением полярных сияний. Из рис. 3 следует, что наблюдается положительная корреляция между этими явлениями, однако точное совпадение моментов максимумов индексов, определенных по пятнам и полярным сияниям, выполняется только для последнего максимума конца 15 - начала 16 века. На двух других средневековых максимумов пики индекса солнечной активности, рассчитанные по полярным сияниям смещены в сторону удревнения относительно от пиков индекса по солнечным пятнам на несколько десятков лет, что особенно заметно на максимуме 11-12 века. Причина такого смещения максимумов может заключаться в неполноте данных, или точностью датировки документов около десятилетия.

Так же вызывает вопрос причина появления максимума солнечной активности, который приходится на 4, 5 и 6 века, когда солнечная активность вдруг резко возрастает и начинает превышать в несколько раз солнечную активность на соседних интервалах [-2;3] и [7;8] веков. В следующий раз, такое же число наблюдений, характеризующих солнечную активность повторно достигается только в 11-ом веке. Заметим, что повышенная активность Солнца в [4;6] веках независимо подтверждается как по числу зарегистрированных пятен, так и по числу полярных сияний.
Наблюдаемому явлению можно дать несколько объяснений:
1) Действительно, солнечная активность в 4-6 веках резко возросла, а затем столь же резко снизилась и наблюдательные данные точно отражают уменьшение активности Солнца.
2) Солнечная активность в [-2;3] и [7;8] веках значительно не изменялась, но было утеряно около сотни наблюдений.
3) Солнечная активность в [-2;3] и [7;8] веках значительно не изменялась, но до 3 века наблюдения велись не аккуратно, в 4-6 веках очень подробно, а после 6 века уровень наблюдений заметно деградировал.
4) Данные наблюдений солнечной активности в 4-6 веках неправильно датированы. Они могут являться фантомным отражением максимумов 12 и 14 века при хронологическом сдвиге 800-900 лет, что соответствует квазипланетному периоду 853 года. В пользу этого предположения, свидетельствует одинаковое временное рассогласование максимумов индексов, определенных по пятнам и полярным сияниям для 6 и 14 веков на рис.3.
Вычислим скомпенсированные индексы солнечной активности по пятнам и полярным сияниям устранив предполагаемый хронологический сдвиг ~850 лет. Синхронизировать данные будем совмещением максимумов солнечной активности 517 и 1384 годов.

Рис.4 Скорректированные индексы солнечной активности SAMax рассчитанные по пятнам и полярным сияниям после устранения хронологического сдвига в ~850 лет.

После компенсации хронологического сдвига, разброс значений индексов солнечной активности определенной по пятнам и полярным сияниям уменьшился для максимумов 11-13 и 15 веков, рис.4. Кроме того, добавление новых данных не привело к смещению центров максимумов 1184 года и 1350 годов. Это означает, качественное сходство профилей пары античных и средневековых максимумов и подтверждает предположение о наличии дубликата.

Появление полярных сияний и солнечных пятен возрастает с увеличением солнечной активности, следовательно, вполне логично требование корреляции этих событий. Однако исследовать коэффициент корреляции по данным, усредненным за большие периоды смысла не имеет, поскольку исходные данные неодинаково представлены и содержат несколько пробелов продолжительностью около сотни лет, не считая менее продолжительных интервалов, протяженностью в десятилетия.

Поэтому будем исследовать корреляцию тех данных, которые представлены наиболее полно. Для этого, определим годовые индексы SAMax для солнечных пятен и полярных сияний и отберем из всего множества данных лишь те, в которые индекс солнечной активности по одному из признаков достигает 3, т.е. SAMax≥3.

Таблица 1 [Полные данные]

Год Пятна
SAMax
Сияния
SAMax
Пятна
SAmin
Сияния
SAmin
1105 1 4 1 2
1119 0 3 0 3
1129 0 3 0 3
1130 0 5 0 3
1137 2 5 2 3
1138 3 2 2 1
1141 0 3 0 3
1165 0 4 0 4
1176 0 3 0 2
1185 6 0 3 0
1204 2 3 2 2
1361 1 3 1 1
1370 8 3 6 3
1371* 5 0 5 0
1372* 5 0 5 0
1373* 3 0 3 0
1375* 4 0 1 0
1588 0 3 0 3
1605 0 6 0 5
1618 3 1 2 1
1624 3 1 3 1
1638 3 0 3 1
1639 3 1 3 1


Полученный список включает 28 годовых наблюдений, на которые приходились наибольшие числа зарегистрированных полярных сияний и солнечных пятен. В 1185 году 6 раз наблюдались пятна, но ни разу не были замечены полярные сияния. 1605 году соответствует обратная ситуация - пятен не было зафиксировано вообще, зато 6 раз были замечены полярные сияния. Эта картина носит массовый характер, только в 9 случаях из 28 наблюдается одновременное появление и пятен, и полярных сияний. Заметим, что некоторые данные приходятся на продолжительный период, в течение которого полярные сияния не наблюдались вообще. Так, с 1371 по 1402 год не было зафиксировано ни одно полярное сияние, а после полярного сияния 1402 года, снова идет пробел до 1426 года. Установить причину отсутствия наблюдений в этот период невозможно, данные могли быть утеряны, неправильно датированы, следовательно, согласно данным [1] эти явления не взаимосвязаны друг с другом.

Однако если сделать невероятное допущение, что данные по оставшимся 19 годам выборочно не полны (!)(много раз наблюдаются пятна, но ни разу не регистрируются полярные сияния, и наоборот), можно исследовать на корреляцию только данные по 9 годам, в которые и пятна, и полярные сияния наблюдались хотя бы 1 раз.

Таблица 2 [Выборочные данные]

Год Пятна
SAMax
Сияния
SAMax
Пятна
SAmin
Сияния
SAmin
1105 1 4 1 2
1137 2 5 2 4
1138 3 2 2 1
1204 2 3 2 2
1361 1 3 1 1
1370 8 3 6 3
1618 3 1 2 1
1624 3 1 3 1
1639 3 1 3 1


По индексу SAMax коэффициент корреляции данных по Пирсону составляет Кп=-0.19, по Спирмену Кс=-0.92. Если в оценке использовать индекс SAmin, то коэффициент корреляции по Пирсону составит Кп=0.295 < a90(9)= 0.524 и по Спирмену Кc = 0.51< a90(7)=0.52. Следовательно, согласно данным [1], даже при отборе данных и разной методике подсчета индекса солнечной активности появление солнечных пятен и полярных сияний не связаны друг с другом, что говорит о неполноте или недостоверности входных данных.

Солнечная активность и образование радиоизотопа С14.

Известно, что солнечная активность оказывает влияние на образование радиоактивного изотопа углерода С14 в атмосфере Земли. В годы максимальной солнечной активности, значительно снижается поток высоко энергетических частиц межзвездного вещества, поэтому образование радиоуглерода в атмосфере Земли коррелирует в обратную сторону с величиной солнечной активности. Чем выше активность Солнца, тем меньше образуется в атмосфере радиоизотопа С14 и наоборот. Следовательно, этот эффект можно использовать для проверки достоверности индексов солнечной активности, реконструированных из китайских летописей. В данном исследовании, мы не учитываем влияние вулканической деятельности, которая сопровождается выбросом в атмосферу "чистого" С12, что приводит к как и в случае увеличения солнечной активности, к уменьшению содержанию радиоуглерода в атмосфере. Хотя оба процесса работают в одну сторону, в дальнейших рассуждениях мы приписываем все минимумы кривой DeltaC14 увеличению солнечной активности предполагая, что на рассматриваемом временном интервале не было вулканических извержений, который могли значительно изменить содержание радиоуглерода в атмосфере Земли.

На рис.5 приведена зависимость DeltaC14 от времени на интервале [-2;17] век построенная по немецким, ирландским дубам и бристольским соснам [3]. Для изучения связи солнечной активности с образованием C14 мы будем использовать именно ее, как наиболее надежную.

Рис. 5. Функция DeltaC14 на временном интервале с [-2;17] века.

В виду того, что корреляция между солнечной активностью и образованием радиоуглерода обратная, для удобства, отразим зависимость DeltaC14 по оси ординат, растянем и сместим ее вверх так, чтобы максимум кривой - DeltaС14 соответствовал по высоте максимуму значению полного индекса солнечной активности, рис.6.


Рис. 6. Сравнение расчетного индекса солнечной активности с функцией -DeltaC14.

Формальное вычисление корреляции этих функций является некорректным, поскольку исходные данные по солнечной активности неоднородны по векам и содержат пробелы. Кроме того, чем древнее от нас эпоха, тем больше наблюдений могло быть утеряно, а сами наблюдения могли проводиться менее аккуратно. Поэтому нам придется ограничиться качественным сравнением зависимостей и анализом совпадений максимумов усредненной функции -DeltaC14 с индексом SAMax.

До 4 века частота наблюдательных данных невысока, что не позволяет провести даже качественное сравнение солнечной активности с соответствующим фрагментом радиоуглеродой кривой. Первые два значительных максимума на радиоуглеродной функции -DeltaC14 соответствуют 4 и 6 векам и совпадают с максимумами №1 и №2 функции индекса солнечной активности. Однако обратим внимание на то, что максимум №2 на радиоуглеродной кривой начинает заметно снижаться только к началу 7 века, поэтому с середины 5-ого по начало 7-ого веков мы вправе ожидать примерно одинаковое значение активности Солнца и следовательно, количества наблюдений. Но этого не происходит, солнечная активность заметно падает уже к середине 6-ого века.
С 579 по 826 и с 974 по 1076 года информации о регистрации солнечных пятен нет. Это может быть вызвано низкой солнечной активностью или потерей наблюдательный информации, поэтому на интервале с 6-11 веков функция индекса солнечной активности имеет низкую достоверность. На радиоуглеродной кривой этому временному периоду соответствуют три максимума из которых самый значительный соответствует 10 веку и обозначен №3. Этому максимуму №3 радиоуглеродной кривой в 10 веке соответствует пологое плато индекса солнечной активности в 9-10 веках, и малое число наблюдений пятен и полярных сияний. То есть, максимум №3 в радиоуглероде не прослеживается в наблюдениях.
Согласно наблюдательным данным, в 11 веке значение индекса SAMax достигает величины значения в максимуме №1, однако по радиоуглеродным данным, солнечная активность в 11 веке была значительно меньше чем в 4-ом. Объяснение этого противоречия может заключаться в том, что начиная с 11 века значительно возрастает число наблюдений.
Максимум индекса солнечной активности 11-12 веков смещен относительно радиоуглеродного максимума №4 примерно на 100 лет. Это довольно странно, поскольку согласно радиоуглероду, солнечная активность остается прежней, но индекс солнечной активности к началу 13 века падает в 4 раза. Опять же, это несоответствие по 13 веку снова можно объяснть отсутствием или потерей информации.
Самым надежным является максимум солнечной активности №5 в 14 веке, который с высокой точностью подтверждается в радиоуглероде. Обратим внимание, что у обоих кривых совпадают с хорошей точностью ширины максимумов на полувысоте, что не наблюдалось на всех предыдущих максимумах.
Однако наиболее непонятным выглядит поведение солнечной активности именно в тот период, когда количество наблюдений много, а наблюдать уже умели. Максимуму №6 на радиоуглеродный кривой соответствует самое большое число наблюдений и полярных сияний, и пятен. Не совсем понятно чем мог быть вызван этот скачок, поскольку этот максимум по абсолютной величине является в радиоуглероде самым слабым. Возможный ответ состоит в поступлении в атмосферу Земли не радиоактивного изотопа углерода в следствие вулканического извержения или какого-то другого геологического процесса. Именно этим можно рассогласование поведения солнечной активности и радиоуглеродной кривой в начале 16 века, когда солнечная активность возрастает, содержание радиоуглерода уменьшается. С 17 века данные китайских и корейских наблюдений могут быть независимо проверены по западноевропейским данным, поскольку в Европе начинается эпоха телескопических наблюдений.

Подводя итог проверки солнечной активности по радиоуглеродным данным можно заключить следующее:
1) наблюдения за проявлением солнечной активности столь не равномерно распределены на всем рассматриваемом временном интервале [-2;17] века, что не позволяет исследовать корреляцию индекса солнечной активности с радиоуглеродом даже на интервале в несколько веков.
2) качественное сравнение экстремумов функции индекса солнечной активности и радиоуглерода не может ни подтвердить, ни опровергнуть их корреляцию. Корреляция подтверждается по максимумам №1, №5, и не подтверждается по максимуму радиоуглеродной кривой №3, который не прослеживается в индексе солнечной активности. Корреляция частично подтверждается на максимумах №2 и №4. Рост индекса активности вроде бы совпадает с радиоуглеродными данными, но не совпадают ширины максимумов, что должно иметь четкое объяснение.
3) нам представляется вполне обоснованным предположение, высказанное А.М. Тюриным о том, что античные максимумы №1 и №2 являются фантомным отражением средневековых максимумов №4 и №5. Если синхронизировать сдвиги по максимумам №2 и №5, то наблюдательные данные максимума №1 попадут в 13 век и несоответствие индекса солнечной активности радиоуглеродной кривой в максимуме №4 будет полностью устранено, рис.7.

Рис. 7. Функция индекса солнечной активности при устранении хронологического сдвига ~850 лет.

Поправка, учитывающая хронологический сдвиг ~850 лет существенно улучшает соответствие функции индекса солнечной активности радиоуглеродной кривой. Изначально узкий максимум №4 превращается в широкий и теперь соответствует по продолжительности максимуму функции -DeltaC14. В частности, это приводит к тому, что минимум Вольфа 1280-1340 годов становится четким. Максимум солнечной активности №5 немного удревняется и теперь, но теперь его положение точно соответствует максимуму в радиоуглеродной кривой.

Проверка данных за 17 век

Сопоставим данные летописной солнечной активности из восточных хроник [1] с современными данными о максимумах и минимумах Солнечной активности [2], которые получены с помощью экстраполяции. На рис.5 представлена временная развертка годового числа описаний пятен (оранжевый ромб) и полярных сияний (синий кружок) на интервале 1610-1670 годах. Этот временной интервал был выбран из следующих соображений. С одной стороны, до 1610 года мы не располагаем сведениями о моментах минимумов и максимумов солнечной активности. С другой стороны, после 1667 года в источник [1] сообщает лишь одно наблюдение солнечных пятен в 1684 году и два наблюдения полярных сияний в 1675 и 1688 годах. Поэтому, мы ограничились сравнением данных до 1666 года, которому соответствовал минимум солнечной активности.

Сопоставим даты минимумов и максимумов солнечной активности из [2], полученные с помощью экстраполяции, с минимальным и максимальным индексами солнечной активности, вычисленные согласно летописям [1]. В виду того, частота наблюдений даже по 17 веку не высока, будем определять индексы солнечной активности по временному интервалу год экстремума +/-1 год.

1. 1611.0 год, минимум солнечной активности. Согласно условиям определения индекса, рассмотрим временной интервал с 01.01.1610 по 31.12.1611. В этот период наблюдалось только одно полярное сияние в 10.03.1611, следовательно, SAmin=1, SAMax=1.
2. 1615.5 год, максимум солнечной активности приходится на середину года. Согласно условиям подсчета индекса, рассмотрим временной интервал с 01.07.1614 по 01.07.1616. За этот солнечные пятна и полярные сияния не наблюдались. SAmin=0, SAMax=0.
3. 1619.0 год, минимум солнечной активности. На этот год имеются сведения о двух полярных сияниях 04.01 и 05.01. Возможно, это описание одного и того же мощного сияния, которое произошло от одной мощной солнечной вспышки. В 1618 году наблюдалось одно полярное сияние и три раза были замечены пятна 13.05(20), 06.06(15) и 21.06 (2). Из этих трех наблюдений, два являются гарантировано не связанными. SAmin=4, SAMax=6.
4. 1626.0 год, максимум солнечной активности. В этом максимуме зафиксировано только появления солнечных пятен, летом 1625 и 1626 года и два полярных сияния - 13.08.1625, 07.06.1626. SAmin=4, SAMax=4.
5. 1634.0 год, минимум солнечной активности. В этот год зафиксировано одно полярное сияние 24.11, а солнечные пятна не наблюдались. SAmin=1, SAMax=1.
6. 1639.5 год, максимум солнечной активности приходится на середину года. Согласно условиям подсчета индекса, рассмотрим временной интервал с 01.07.1638 по 01.07.1640. В этом максимуме наблюдалось одно полярное сияние 18.04.1639. Солнечные пятна трижды наблюдались в 1638 (16.03; 22.10(15); 09.12). Точность определения 2-ого наблюдения допускает возможность его связи с третьим наблюдением. Дважды пятна наблюдались в первой половине 1639 года (05.02; 16.03). SAmin=5, SAMax=6.
7. 1645.0 год, минимум солнечной активности. Солнечные пятна и полярные сияния в этом минимуме не наблюдались. SAmin=0, SAMax=0.
8. 1649.0 год, максимум солнечной активности. Было замечено одно полярное сияние 16.11.1648 и дважды наблюдались солнечные пятна: 16.01, 01.07.1648. SAmin=3, SAMax=3.
9. 1655.0 год, минимум солнечной активности. Один раз 30.04.1655 были замечены солнечные пятна. SAmin=1, SAMax=1.
10. 1660.0 год, максимум солнечной активности. В этом максимуме замечено одно полярное сияние 12.12.1659 и дважды наблюдались пятна 12.06.1659, 22.05.1660. SAmin=3, SAMax=3.
11. 1666 год, минимум солнечной активности. В 1655 имеется четыре наблюдения солнечных пятен 20.02, 01.03(15), 01.03(45) и 27.08. Точность записи второй и третьей даты допускает возможность того, что первые три сообщения описывают одно и то же наблюдение. Кроме того, солнечные пятна наблюдались один раз в следующем году 04.09.1666. В этом же максимуме наблюдаются одно полярное сияние 14.03.1666. SAmin=4, SAMax=6.


Для наглядности, соберем все полученные данные в одной таблице:

Таблица 3


Год Событие SAmin SAMax
1 1611.0 min 1 1
2 1615.5 Max 0 0
3 1619.0 min 4 6
4 1626.0 Max 4 4
5 1634.0 min 1 1
6 1639.5 Max 5 6
7 1645.0 min 0 0
8 1649.0 Max 3 3
9 1655.0 min 1 1
10 1660.0 Max 3 3
11 1666.0 min 4 6

Частота ежегодно регистрированных проявлений солнечной активности на рассматриваемом временном интервале 1610-1667 годах невысока и неоднородна, а поэтому могут быть существенные пробелы в наблюдениях, которые скажутся при подсчете индекса солнечной активности в минимуме или максимуме. Так, в максимуме 1615-1616 года никаких проявлений солнечной активности зарегистрировано не было, однако отсутствие данных не означает, что активность Солнца была минимальной. Поэтому каждый раз, когда имеется малое количество наблюдений, мы не знаем точно является ли данный минимум следствием низкой активности Солнца, потерей наблюдательных данных, или чем-то еще. Следовательно, для дальнейшего анализа, следует использовать только те данные, которые достаточно полны.

Таблица 4

Год Событие SAmin SAMax
3 1619.0 min 4 6
4 1626.0 Max 4 4
6 1639.5 Max 5 6
8 1649.0 Max 3 3
10 1660.0 Max 3 3
11 1666.0 min 4 6

Сразу же обращают на себя внимание два всплеска индекса SA в 1619 и 1666 годах, когда Солнце согласно данным [2] находилось в минимуме активности. Значения индексов активности в этих минимумах оказывается настолько большими, что они превышают значения индексов солнечной активности в соседних максимумах и оказываются равными по величине индексу солнечной активности самого большого максимума 1639 года. Это ставит под сомнение достоверность наблюдательных данных даже за 17 век и вызывает необходимость провести проверку.

На рисунках 8а и 8б представлены индексы солнечной активности, полученные усреднением за 12 лет, что очень близко к среднему периоду активности Солнца T=11.65 лет, рассчитанному за период в период 1600-1670 года по моментам максимумов и минимумов на основании данных [2].


Рис.8а;8б Индексы SAmin и SAMax, рассчитанные за средний период солнечной активности на интервале 1600-1670.

Даже невооруженным взглядом из рисунков видно, что моменты максимумов индексов активности по пятнам и полярных сияниях находятся в противофазе, то есть корреляция данных обратная. Можно определить числовые значения коэффициентов корреляции, которая составит для параметрического коэффициента Пирсона и непараметрического коэффициента Спирмена, соответственно, Кп=-0.37 и Кс=-0.24 для SAMax и Кп=-0.18 и Кс=-0.74 для SAmin. В последнем случае, обратная корреляция присутствует с вероятностью около 90%!
Отсутствие положительной корреляции и несогласованность данных за 1600-1670 года свидетельствует либо в пользу их подложности, либо в пользу неправильной датировки, поскольку ошибки датировки документов даже на 2-3 года приведет к отсутствию корреляции.

Сложим индексы солнечной активности по пятнам и полярным сияниям для SAmin и SAMax и проверим качественное соответствие временной развертке этих индексов и поведению радиоуглеродной кривой -DeltaC14 в 1600-1670 годах, рис 9. (Радиоуглеродная кривая приведена для удобства сравнения в относительных единицах, и подобранном масштабе.)

Рис.9 Сравнение полных индексов солнечной активности с качественным поведением функцией -DeltaC14 в 17 веке.

Из рисунка следует, что самым высоким значениям в радиоуглероде, которые достигается в первом-втором десятилетии 17 века, соответствуют далеко не самые высокие значения индекса SAmin. С другой стороны, максимальным значениям индексов солнечной активности SAMax 2-4 десятилетия соответствуют абсолютные колебания значения DeltaC14 в два раза. Аналогичная картина выполняется и для индекса SAmin. Несложно заметить, что обе развертки индекса активности запаздывают относительно радиоуглеродной кривой на 10-20 лет.

На рисунке 10 представлена временная развертка чисел Вольфа по реконструированным данным, взятая из работы [4]. Ее поведение качественно согласуется с радиоуглеродной разверткой функции -DeltaC14 и не согласуется с рассчетными индексами солнечной активности, рис.9.

Рис.10 Солнечная активность, выраженная в числах Вольфа согласно реконструированным данным.
Жирной линией отображена функция, усредненная по интервалу 50 лет, тонкой линией - функция, усредненная по 10-летнему интервалу.

Временное запаздывание расчетных индексов SAMax и SAmin от функции -DeltaC14 на рис. 9 и от реконструированных чисел Вольфа является важным сигналом о недостоверности данных по 17 веку. Согласно европейским наблюдениям, в период с 1645 по 1715 года солнечная активность была аномально низкой и в это время на Солнце почти не замечались пятна. Этот период аномально низкой солнечной актвности получил название периода Маундера, существование которого вызывало у астрономов 20 века недоверие. Обратимся к обширной работе [7], которая посвящена исследованию минимума Маундера и приведем из нее несколько исторических выдержек.

И все же в покрытых плесенью записях XVII века (т. е. в записях, сделанных во времена как раз перед началом знакомой кривой солнечных пятен) Маундер обнаружил, что тогда год за годом на Солнце не появлялось никаких пятен. За 32 года в северном полушарии Солнца не видели ни одного пятна. За 65 лет ни разу не удалось наблюдать одновременно более одной маленькой группы солнечных пятен. Было несколько десятилетних периодов, когда на всем Солнце никому не удалось увидеть ни одного пятна. Маундер обнаружил, что полное число солнечных пятен, зафиксированных между 1645 и 1715 гг., было меньше количества солнечных пятен, видимых за один "средний" год в наши дни.

Когда в 1671 г. (в середине минимума Маундера) появилось сообщение о новом пятне на Солнце, редактор журнала "Philosophical Transaction of the Royal Society of London" писал: "В Париже сиятельный синьор Кассини недавно снова обнаружил Пятна на Солнце, ни одно из которых не было замечено в течение многих лет".

Затем для удобства читателей редактор описывает предыдущее пятно, замеченное на Солнце 11 годами ранее. Сам Кассини (Г. Д. Кассини основатель и первый директор Парижской обсерватории) писал по этому поводу: "Прошло почти 20 лет с тех пор как астрономы видели сколь-либо значительные солнечные пятна, хотя ранее, вскоре после изобретения телескопа, их время от времени наблюдали". Можно ли было так писать в условиях обычного для нас поведения Солнца?


Таким образом, за десять лет наблюдений с 1661 по 1670 года европейскими астрономами не было зарегистрировано на Солнце ни одного пятна. Наблюдение пятен Кассини в 1671 явилось настолько важным событием, что о нем написали заметку в научном журнале. Заметим, что начиная с Галилея, наблюдения за Солнцем в Европе проводились с помощью телескопов, в которые легко обнаруживаются даже самые мелкие пятна. Кроме того, аномально малое количество солнечных пятен вызывает столь высокий интерес, что за Солнцем ведутся регулярные наблюдения.

Дж. Флемстид первый королевский астроном Англии и первый директор Королевской Гринвичской обсерватории наблюдал Солнце семь лет, прежде чем смог заметить одно пятно. В книгах, написанных значительно позже, часто ссылаются на этот, почти лишенный солнечных пятен период. Существенно то, что ссылки на период глубокого минимума солнечных пятен XVII века начали исчезать из литературы только после открытия Швабе 11-летнего цикла. Сохранившиеся в памяти астрономов воспоминания о глубоком минимуме солнечных пятен могут объяснить удивление, с которым они встретили сообщение Швабе о наличии цикличности. Подавлением и временным прекращением цикла солнечных пятен можно объяснить, почему прошло более 230 лет после первых телескопических 30 наблюдений солнечных пятен до запоздавшего открытия четко выраженной цикличности их появления.

Однако именно в этот период Кассини открыл большую темную полосу в кольцах Сатурна, и было обнаружено по крайней мере пять его спутников. Минимум Маундера начался через 35 лет после того, как Галилей создал свой первый маленький телескоп. Этот промежуток времени был ознаменован быстрым расцветом оптики и астрономии. XVII век время подвесных телескопов с фокусным расстоянием до 200 футов. Это было время первого зеркального телескопа Ньютона и многих других новшеств. Астрономы наблюдали и считали солнечные пятна почти так же, как это делается в наши дни, а их инструменты мало отличались от применяемых для этой же цели в течение последующих двух веков. Их рисунки солнечных пятен, приводимые в журналах и книгах, вряд ли уступают снимкам наблюдателей 1977 г.


Китайские и корейские хроники 17 века содержат 16 записей о регистрации (невооруженным глазом) солнечных пятен в период с 1647 по 1684 года, шесть из которых приходятся на период 1661-1670 годов, когда в Европе не видели солнечных пятен даже в телескоп при регулярных наблюдениях Солнца. В связи с этим, продолжительное по времени наблюдение невооруженным глазом сразу двух крупных пятен в центре минимума Маундера, в феврале 1665 года говроит само за себя:

AD 1665 Feb 20 [China]
"Emperor Shengzu of Qing, 4th year of the Kangxi regin period, 1st month, 6 day. There were two black spots in the Sun roiling and agitating for a long time."
[Shuanglinzhen zhi] Minguo, Zhejiang ed. ch. 19

Сравнение данных солнечной активности из восточных летописей по 17 веку тремя различными способами, показало несоответствие этих данных независимой информаци из более надежных источников, радиоуглеродных данных, реконструированным числам Вольфа и западно-европейским наблюдениям. Кроме того, максимумы появлений полярных сияний никак не связаны с максимумом наблюдений солнечных пятен, согласно данным [1], корреляции этими явлениями нет. Следовательно, информация по солнечной активности является недостоверной даже по 17 веку.

Заключение

Мы подробно провели сравнение данных солнечной активности из восточных летописей тремя различными способами.

  • Проведенная проверка показала отсутствие корреляции между появлением пятен и полярных сияний даже для наиболее полно представленных данных 17 века.
  • Качественное сравнение временных разверток солнечной активности с радиоуглеродной кривой на интервале -2 по 17 век показывает разницу наличия и относительного положения максимумов в половине случаев.
  • Расчетные данные индексов солнечной активности не соответствуют реконструированным экстремумам солнечной активности для 17 века.
  • Визуальные наблюдения солнечных пятен в период Маундера в Китае и Корее не согласуются с телескопическими наблюдениями астрономов западной Европы.
  • Таким образом, данные характеризующие солнечную активность, являются недостоверными даже для 17 века.
    Несоответствие расчетных индексов солнечной активности радиоуглеродной кривой еще можно попытаться списать на неполноту данных, неравномерность наблюдений и геологической активностью. Однако наиболее критичным, является отсутствие корреляции между появлением солнечных пятен и полярных сияний. Причем, корреляция отсутствует как для наиболее полно представленных отдельных данных, взятых из разных веков, так и для данных 17 века, которые представлены наиболее полно.
    Отсутствие корреляции между появлением пятен и полярных сияний для неверно датированных или подложных данных явление вполне ожидаемое, поскольку потенциальный фальсификатор 17-18 века не мог знать о строении солнечной фотосферы, природе появления пятен, об изменяющемся солнечном ветре и его связи с полярными сияниями.
    Вместе с тем, мы полагаем, что большая часть наблюдательных данных является подлинной, поскольку средневековые максимумы солнечной активности №4, №5 и №6 качественно прослеживаются на радиоизотопных данных по С14 и Be10, хотя не всегда с хорошей точностью.
    Античные максимумы №1 и №2 являются фантомным отражением средневековых максимумов №4 и №5 при хронологическом сдвиге примерно в 850 лет. Этот хронологический сдвиг независимо прослеживается при сравнении индивидуальных индексов по пятнам и полярным сияниям на рис.3 и позволяет улучшить соответствие радиоуглеродных и наблюдательных данных для максимумов индексов солнечной активности 11-13(№4) и 15 веков (№5).
    Наиболее вероятная причина несовпадения данных за 17 век и отсутствие корреляции между появлением солнечных пятен и полярных сияний для отдельных лет, состоит в том, что данные правильно датированы или сильно перепутаны в пределах нескольких лет или десятилетий. Однако, это существенно не сказывается при усреднении индекса активности на больших временных интервалах.

    Литература

    1) Zhentao Xu, David W. Pankenier, Ya. Jiang   East Asian Archeoastronomy. Historical records of Astronomical Observations of China, Japan and Corea,   Gordon and Breach Science Publishers, 2000.
    2) M.Rogers, M.Richards, D.Richards Long-term variability in the length of the solar cycle // astro-ph/0606426 v3 29 Jun 2006.
    3) M. Stuiver, P.J. Reimer, E. Bard, J.W. Beck, G.S. Burr, K.A. Hughen, B. Kromer, F.G. McCormac, J. v.d. Plicht, and M. Spurk, Radiocarbon 40:1041-108, 1998.
    4) А.Л. Морозова, М.И. Пудовкин Климат центральной Европы XVI-XX вв. и вековые вариации солнечной активности // Геомагнетизм и Аэрономия, т.40, №6, с.68-75, 2000.
    5) Д.Я. Мартынов Курс общей астрофизики Москва, Наука, 1979.
    6) П.И. Бакулин, Э.В. Кононович, В.И. Мороз Курс общей астрономии Москва, Наука, 1983, 560 с.
    7) Дж. Эдди История об исчезнувших солнечных пятнах // Успехи физических наук, т.125, вып.2, июнь, 1978.
    8) А.В. Блинов Солнечная активность // Соросовский образовательный журнал, т. 8, №2, 2004.

    Приложение 1

    1. База данных наблюдений полярных сияний.
    2. База данных наблюдений солнечных пятен.
    Главная страница

    Оглавление выпуска 5