Изменението с времето на слънчевите петна е било установено от датския астроном Горебов през седемдесетте години на XVIII век на базата на неговите наблюдения на Слънцето в периода 1761 – 1769 гг. Но авторитетните астрономи от това време оценили отрицателно тези резултати, а материалите на Горебов били унищожени по време на бомбардировките на Копенхаген през 1805 г. Временното изменение на броя на петната отново било разкрито през 1843 г. от Швабе, който днес се смята за първооткривател на слънчевата цикличност.
През 1848 г. Волф предлага
специален индекс на относителния брой на петната:
където f е броят на петната, g – броят на групите петна, а k – коефициент, отразяващ качествата на телескопа, на атмосферата и индивидуалните особености на наблюдателя.
Благодарение на регулярните наблюдения на Слънцето това фундаментално свойство на слънчевата активност – периодичността, получава потвърждение и се създава основата за изучаване на временното изменение на петнообразователната активност на Слънцето.
Днес редът на ежемесечните стойности на Числото на Волф обхваща период от повече от 250 години. Този индекс се определя регулярно в Цюрих от 1849 г, но Волф е възстановил неговите средномесечни стойности от 1749 г., а средногодишните – от 1700 г. За епохите на минимумите и максимумите на 11-годишния цикъл има данни още от началото на XVI век. Изследването на значително по-дълги периоди се провежда по материали за явления, които по един или друг начин са свързани с петнообразователната активност – дебелина на дървесните кръгове, съдържание на радиоактивен въглерод 14С, мощност на утаечните натрупвания, хроники, в които са записани свидетелства за необикновени явления: суша, полярни сияния, ярки комети и др.
Въз основа на досегашните наблюдения могат да се обособят три групи периоди: а) периоди от порядъка на десетки и стотици години; б) периоди от 7 до 25 години; в) периоди по-малки от 6 години. Но най-безспорно е съществуването и най-добре изучен е т.нар. 11-годишният цикъл, който се проявява при всички индекси, особено при тези, свързани с честотата на петнообразуването.
11 – годишен цикъл
На базата на натрупаните редове от данни е установено, че образуването на слънчеви петна се подчинява на една доста добре изразена цикличност с период от около 11 години. Тя се изразява предимно в това, че през около 11 г. се наблюдават епохи на максимум в броя на групите слънчеви петна, които в тези периоди достигат обикновено максимална площ, а и са най-дългоживущи, за разлика от епохите на минимум, когато броят на петната е много малък, те са по-често пори или с малка площ и с по-кратко съществуване.
От хода на средногодишните числа на Волф се вижда, че височината на цикъла и неговата продължителност изпитват значителни колебания. Продължителността на цикъла, определен по епохите на максимумите се изменя между 7.3 и 17.1 г., или средно 10.9 г., а по епохите на минимумите – от 9.0 до 13,9 г., или средно 11.1 г. Интервалите от минимум до максимум – 4.5 г. и от максимум до минимум – 6.5 г. също са различни като асиметрията расте с растежа на средното число на Волф в максимума. Височината на цикъла като средномесечно число на Волф варира от 48.7 до 201.3, или средно 108.2 в максимум и от 0 до 11.2, или средно 5.1 в минимум.
Съвсем други резултати се получават за индексите, отразяващи мощността на явленията като средната продължителност на живота на групата, сумарната интензивност на зелената коронална линия, която корелира с мощността на активните комплекси, броя на протонните избухвания, броя на радиоизбухванията и др.
Кривите на тези индекси показват два ясно изразени върха, което се предполага, че се дължи на корелацията им с вековия цикъл.
При други индекси като броят на най-големите петна и броят на най-големите и ярки калциеви флокули максимумът настъпва с 1-2 години по-късно от максимума в числото на Волф. Съществуват и индекси, които имат поведение, противоположно на това на числото на Волф, епохата на техния максимум съвпада с епохата на минимум на петната. Такива са, например, броят на полярните факли, броят на полярните протуберанси и интензивността на слабите магнитни полета в полярните шапки.
И все пак устойчивостта на 11-годишния цикъл е необикновено голяма: по наносни отлагания в Австралия, отнасящи се към геологична епоха отпреди стотици милиони години, е установено наличието на отчетлив 11-годишен цикъл в продължение на стотици милиони години.
Характерна особеност на 11 -годишния цикъл е наличието на северно-южна асиметрия, която се изразява в несиметричния ход на кривите на индекса на броя или на сумарната площ на петната в двете полукълба. Съществуват два индекса за северно-южната асиметрия на петнообразуванетo:
– индекс на Валдмайер (1957) – AC = CN / CS.
– индекс на Нютон и Милсон – aC = (CN – CS) / (CN + CS),
като С е някаква характеристика, определяна за двете полукълба съответно.
Индексите на северно-южната асиметрия показват, че процесите в двете полукълба на Слънцето не протичат синхронно.
Кратковременни изменения на числото на Волф.
При прецизното изследване на хода на петнообразователната активност се забелязват някои кратковременни колебания, от които най-добре изразено е 27-дневното изменение на числото на Волф, което очевидно корелира с периода на въртене на Слънцето.
Векови цикли
За разлика от 11- или 22-годишния цикъл, съществуването на векови цикъл все още не е напълно доказано. Основната причина за това е сравнително късият ред от наблюдения (не повече от 300 години). По косвени признаци от рода на исторически сведения за полярни сияния и видими с просто око групи слънчеви петна наличието на такъв цикъл би могло да бъде проследено до около 2000 г. назад.
Неговата продължителност също е доста спорна като тя варира в интервала 80-90 години. Вековият цикъл се явява цикъл на мощността на явлението петнообразуване като през 7 или 8 максимума се появяват много ниски или високи максимуми.
Съществуват предположения за наличието на слънчеви цикли и с по-дълъг период – няколко стотин години като едни от основните изследвания в тази насока са на българския астроном А. Бонов.
Минимум на Маундер
Изследването на вариациите в образуването на слънчеви петна за по-дълъг интервал от време е довело до откриването на редица особености. Една от тях е съществуването на продължителни минимуми в активността на Слънцето. Основание в тази посока дават указанията за аномално ниско ниво на петнообразуване и свързаният с това малък брой на полярните сияния в периода 1645 – 1716 гг. /около 70 г./. Тази “аномалия”, която по-късно е наречена “Минимум на Маундер”, се потвърждава и от концентрацията на изотопа на радиовъглерода 14С.
Основната особеност на Маундеровия минимум е, че образуване на петна е имало само в отделни години, които съвпадат с максимумите на 11-годишния цикъл.
