В солнечной физике модель Бэбкока и её модификации описывают механизм, посредством которого объясняются магнитные поля и закономерности солнечных пятен, наблюдаемые на Солнце. Модель названа в честь Горация Бэбкока.
In solar physics, the Babcock model and its variants describe a mechanism with which they attempt to explain magnetic and sunspot patterns observed on the Sun. It is named after Horace W. Babcock.
История
Современное понимание солнечных пятен начинается с Джорджа Эллери Хейла, который установил связь между магнитными полями и солнечными пятнами. Хейл предположил, что период цикла солнечной активности составляет 22 года, охватывая два полярных обращения солнечного магнитного диполя. Гораций Бэбкок в 1961 году предложил качественную модель солнечной динамики. В масштабах всего Солнца поддерживается колебательное магнитное поле с квазипериодичностью в 22 года. Это колебание известно как цикл динамо Бэбкока — Лейтона, предложенный Робертом Б. Лейтоном, и заключается в колебательном обмене энергией между полоидальными и тороидальными составляющими солнечного магнитного поля.
The modern understanding of sunspots starts with George Ellery Hale, who linked magnetic fields and sunspots. Hale suggested that the sunspot cycle period is 22 years, covering two polar reversals of the solar magnetic dipole field. Horace W. Babcock proposed in 1961 a qualitative model for solar dynamics. On the largest scale, the Sun supports an oscillatory magnetic field, with a quasi steady periodicity of 22 years. This oscillation is known as the Babcock Leighton dynamo cycle, proposed by Robert B. Leighton, amounting to the oscillatory exchange of energy between poloidal and toroidal solar magnetic field ingredients.
Динамоцикл Бэбкока-Лейтона
Половина цикла динамо соответствует одному солнечному циклу. При солнечном максимуме внешнее полоидальное диполярное магнитное поле близко к минимальному значению в цикле динамо, но внутреннее тороидальное квадруполярное поле, генерируемое дифференциальным вращением, близко к максимальному значению. В этот момент цикла динамо восходящие потоки в конвективной зоне выталкивают тороидальное магнитное поле на поверхность, формируя области с высокой концентрацией магнитного поля, проявляющиеся в виде солнечных пятен. В фазе спада солнечного цикла энергия переходит от внутреннего тороидального магнитного поля к внешнему полоидальному, и количество солнечных пятен уменьшается. При солнечном минимуме тороидальное поле, соответственно, достигает минимального значения, солнечных пятен немного, а полоидальное поле – максимального. С началом следующего 11-летнего цикла солнечных пятен магнитная энергия переходит обратно от полоидального к тороидальному полю, но с полярностью, обратной предыдущему циклу. Этот процесс происходит непрерывно, и в идеализированном, упрощенном сценарии каждый 11-летний цикл солнечных пятен соответствует смене общей полярности крупномасштабного магнитного поля Солнца.
A half dynamo cycle corresponds to a single sunspot solar cycle. At a solar maximum, the external poloidal dipolar magnetic field is near its dynamo cycle minimum strength, but an internal toroidal quadrupolar field, generated through differential rotation, is near its maximum strength. At this point in the dynamo cycle, buoyant upwelling within the convective zone forces the emergence of a toroidal magnetic field through the photosphere, giving rise to patches of concentrated magnetic field corresponding to sunspots. During the solar cycle’s declining phase, energy shifts from the internal toroidal magnetic field to the external poloidal field, and sunspots diminish in number. At a solar cycle minimum, the toroidal field is, correspondingly, at minimum strength, sunspots are few in number, and the poloidal field is at its maximum strength. With the rise of the next 11 year sunspot cycle, magnetic energy shifts back from the poloidal to the toroidal field, but with a polarity that is opposite to the previous cycle. The process carries on continuously, and in an idealized, simplified scenario, each 11 year sunspot cycle corresponds to a change in the overall polarity of the Sun's large scale magnetic field.