Новый солнечный цикл уже начался?

Исследовать Солнце довольно сложно – из-за его удаленности, из-за его температуры, из-за его размеров и по многим другим причинам. Тем не менее есть уже немало различных теоретических гипотез относительно процессов, происходящих в его недрах. Некоторые из этих гипотез позволяют построить численные модели и вычислить не только когда начнется следующий солнечный цикл, но и насколько он будет силен

Пока Солнце спокойно. Но скоро на смену покою придут новые магнитные бури

Когда начались первые систематические наблюдения за солнечными пятнами в начале XVII века, астрономы высказывали две различных гипотезы относительно их природы. По мнению одних, это были небольшие планеты, вращающиеся вокруг Солнца на низких орбитах.

 

 

Для этих планет было предложено даже название – Бурбоновых, в честь короля Франции Генриха IV Бурбона. Другие считали, что пятна – это облака в солнечной атмосфере. В действительности все оказалось сложнее: они больше похожи на смерч в конвекционном слое звезды. Фото: Royal Swedish Academy of Sciences

31 июля на Солнце появилось новое маленькое пятно. И хотя через несколько часов оно исчезло, его успела заметить орбитальная солнечная обсерватория SOHO. Стоит отметить, что новые пятна появляются довольно часто, и особого упоминания не заслуживают. Но об этом пятне упомянуть стоило, так как оно было обратным. Астрономы его уже ждали. Хотя, возможно, немного позже.

Обратными называют пятна, у которых магнитные полюса поменялись местами. Вообще, всякое пятно представляет собой магнит размером с целую планету, созданный потоками электропроводящей плазмы внутри Солнца – так называемым солнечным динамо. Каждое такое пятно можно приближенно считать диполем с одним южным и одним северным полюсом. Пятно, появившееся 31 июля, в солнечной системе координат находится на 65° западной долготы и на 13° южной широты – в земной системе это соответствует, примерно, координатам Боливии. В этой области пятна обычно ориентированы с севера на юг. Новое же пятно нарушило обычное правило. Обычно это верный признак начала нового солнечного цикла.

Накануне появления обратного пятна Солнце было спокойно. Пятен почти не было. В день, когда обратное пятно появилось, пятен было еще меньше. Фото: SOHO/MDI (ESA & NASA)

Солнечная активность переменна и приблизительно описывается одиннадцатилетнем циклом, на протяжении которого она повышается, а потом снова снижается. Сейчас Солнце спокойно: завершается двадцать третий цикл (отсчет циклов ведется от 1749 года, когда в Цюрихской обсерватории начали постоянно следить за изменениями солнечной активности), пик которого пришелся на 2001 год. Вот-вот должен начаться следующий, двадцать четвертый цикл – в его пике, как ожидается, Солнце будет заметно активнее, чем оно было на протяжении минувших одиннадцати лет. Вполне возможно, что это будет самый активный цикл за прошедшие полвека.

Пресс-релиз, выпущенный по этому поводу Североамериканским аэрокосмическим агентством NASA, приводит слова специалиста по физике Солнца Дэвида Хезевея (David Hathaway), отметившего, что появление обратного пятна можно рассматривать как признак начала следующего цикла. Но не все так просто. Новое пятно на Солнце появилось всего на несколько часов, а обратные пятна, как правило, появляются на несколько дней, недель или даже месяцев. Не все ясно и с местоположением пятна. Практически всегда в начале нового цикла они появляются на средних широтах – вблизи 30° либо южной, либо северной широты. Это пятна, как было сказано выше, оно появилось слишком близко к экватору – на 13° южной широты.

Прогнозы и предположения

Начало нового цикла не обязательно означает немедленное начало новой череды сильных магнитных бурь. Солнечные циклы длятся по 11 лет, и требуется некоторое время, пока начнется какое-то волнение. Возможно, на год или два двадцать третий и двадцать четвертый циклы фактически «поделят» Солнце: на нем будут появляться и «прямые» и «обратные» пятна. И только после этого двадцать четвертый цикл окончательно вступит в свои права.

Предположение о том, что он станет самым активным за последние пятьдесят лет, первыми высказали исследователи из Национального центра атмосферных исследований (NCAR) университета штата Колорадо, расположенном в городе Боулдере. Еще в марте 2006 года, задолго до появления обратного пятна, они обнародовали аргументы в пользу того, что следующий солнечный цикл будет на 30-50 % более сильным, чем последний. Солнечная активность порой властно вмешивается в земную жизнь, не только вызывая различные недомогания. Среди последствий магнитных бурь – и возмущения спутниковых орбит, и разрушение эфирных коммуникаций каналов, и даже сбои в энергетических системах.

Магнитные силовые линии, проходящие через весь конвекционны слой Солнца, соединяют его фотосферу с нижней частью конвейра. Из-за этого дрейф пятен направлен в сторону экватора, а не в сторону полюсов. Иллюстрация: Max-Planck-Institut fuer Astrophysik

Предсказания для нового солнечного цикла делается на основе созданной в NCAR компьютерной модели, в основе которой лежит гипотеза о конвекционном механизме образования солнечных пятен. Для проверки ее работоспособности ученые рассчитали прогноз для восьми прошлых солнечных циклов. Результаты прогноза совпали с истинным развитием солнечной активности с точностью в 98%.

Новая гипотеза основывается на предположения, что солнечные пятна возникают из-за конвекционного потока плазмы внутри Солнца, так называемого большого солнечного конвейера (Sun's great conveyor belt), циркулирующего между экватором Солнца и его полюсами с периодом от 17 до 22 лет. Скорость этого потока можно оценивать по форме пятен и их динамике. Выполненный к весне этого года расчет дал в качестве вероятной даты начала двадцать четвертого цикла конец 2007-го или начало 2008 года. Иначе говоря, они полагали, что двадцать третий цикл продлится на полгода-год дольше предыдущих. Новый цикл должен достичь максимума к 2012 году, когда более 2,5% видимой поверхности будет покрыто солнечными пятнами.

Исследователи NCAR надеются предсказать динамику развития и двадцать пятого цикла. Свои теоретические модели они проверяют с помощью информации, получаемой из обсерваторий NASA, где измерения осуществляются с использованием относительно новых гелиосейсмологических исследований. Этот метод отслеживает звуковые волны, отраженные от Солнца, и с их помощью описывает солнечную активность.

Скорость движения плазмы в конвекционном слое Солнца не одинакова. У полюсов она движется медленнее, совершая полный оборот за 35 земных суток (обозначено синим), а у экватора – быстрее: для полного оборота требуется всего 22 суток (обозначено бордовым). Иллюстрация: Dibyendu Nandy/Montana State University

Теоретическая модель

Гипотезу, на основании которой в Боулдере смогли создать численную модель, Дэвид Хезевей и его коллеги по Центру им. Маршалла Роберт Вилсон (Robert Wilson) и Эд Рейхман (Ed Reichmann) представили научному сообществу три года назад – весной 2003 года. Они тогда объяснили, что вывод о зависимости солнечной активности от гигантских конвекционных потоков плазмы внутри Солнца, был сделан ими после исследования положений и размеров всех солнечных пятен, наблюдавшихся с 1874 года. Оказалось, что солнечные пятна появляются в двух поясах по обе стороны от солнечного экватора. При этом, отдельное пятно может перемещаться по поверхности Солнца на большие расстояния, а центральное положение поясов, в которых располагаются эти пятна, медленно смещается в сторону экватора в течение тех самых 11 лет.

До того господствовала теория, что дрейф пятен в направлении экватора происходит благодаря волновому процессу, определяемому магнитным полем Солнца. Но новая конвекционная теория находится в лучшем соответствии с наблюдениями – сейчас это уже можно утверждать. А значит, солнечные пятна сносятся к экватору словно Гольфстримом гигантским течением, движущимся на глубине 200 тысяч км под поверхностью Солнца со скоростью около 5 км/час. Затем потоки плазмы, расширяясь, выходят на поверхность вблизи экватора и движутся обратно к полюсам в приповерхностных слоях Солнца с более высокой скоростью 32–64 км/час.

Режим работы этой циркуляционной системы немного меняется от одного цикла солнечной активности к другому. Если данный цикл солнечной активности короче среднего 11-летнего периода, то циркуляция происходит быстрее, и наоборот, чем длиннее данный цикл, тем медленнее циркулирует газ сначала в недрах, а потом по поверхности Солнца. Таким образом, в Солнце есть некие внутренние часы, которые устанавливают длительность каждого конкретного цикла солнечной активности. Однако до сих пор механизм работы этих внутренних солнечных часов остается неясен.