Сергей Богачев

Физик

Солнце пытается начать новый цикл

Как помнят читатели N + 1, в 2018 году Солнце находилось в минимуме своей активности. Но буквально несколько дней назад произошли события, позволяющие говорить о прекращении спада и начале нового 11-летнего цикла активности нашей звезды — 25-го по счету с начала наблюдений, начавшихся 260 лет назад. Подробнее о том, что сегодня происходит на Солнце и как ученые научились следить за колебаниями его циклов, рассказывает сотрудник Лаборатории рентгеновской астрономии Солнца ФИАН, доктор физико-математических наук Сергей Богачев.

В 2012 году многочисленные любители апокалиптических сценариев с особенной тревогой смотрели на Солнце. Еще бы, ведь именно на этот год, если верить прессе, «гении астрономии», жрецы майя, назначили конец очередной исторической эпохи, а вместе с ней, как многие считали, и конец света. Исполнителем воли майя должно было стать Солнце, достигшее, что подтверждали и ученые, очередного максимума своей активности. Всеобщее увлечение сценариями катастроф дошло тогда даже до Голливуда, наглядно показавшего в фильме «2012» как именно наша звезда уничтожит человечество — за исключением, конечно, глав государств и миллиардеров, предусмотрительно укрывшихся в корабле-ковчеге.

Активность Солнца в том году, в соответствии с прогнозом ученых, действительно, росла-росла — и вдруг остановилась на полпути. Вместо гигантского всплеска активности очередной солнечный максимум оказался едва ли не вдвое ниже среднего уровня, то есть одним из самых слабых в истории.

Пока те, кто уже приготовился к концу человеческой истории, переживали разочарование, ученые проводили физические исследования, пытаясь ответить на вопрос, почему цикл оказался столь невыразительным. Параллельно было предложено множество сценариев дальнейшего развития нашей звезды – от ожиданий, что нам предстоит новый минимум Маундера (исторически зафиксированный сбой активности Солнца на стыке XVII–XVIII веков), до гипотез, что Солнце, пожалевшее силы в 2012 году, компенсирует их в следующем солнечном максимуме, произведя «наконец-то» ожидаемые рекордные солнечные вспышки.

В любом случае, все сходились на том, что ответ может дать только время — как минимум надо дождаться начала нового солнечного цикла. И вот, похоже, этот момент настал. После шести лет ожидания и постепенного движения к дну цикла Солнце, похоже, приготовилось к движению наверх. Что же теперь будет?

Вопрос о том, как определить начало нового цикла, не так прост, как можно подумать. Дело в том, что солнечные вспышки — это дискретные и довольно случайные события. В минимуме их число падает почти до нуля (скажем, одна слабая вспышка в месяц) и чисто статистически отличить ситуацию «нет вспышек» от ситуации «почти нет вспышек» сложно. Обычно это удается сделать лишь несколько лет спустя.

Накопив большую статистику по вспышкам и убедившись, что рост их числа уже не вызывает сомнений (виден, так сказать, невооруженным глазом), ученые проводят интерполяцию числа вспышек в прошлое и математически находят точку, когда эта кривая прошла через минимум, то есть нижнюю точку солнечного цикла. Этот метод наиболее честный, и исторически моменты минимумов и максимумов циклов определяются именно так — спустя значительное время по статистическому анализу больших объемов данных (касающихся не только вспышек, но и пятен).

Однако, конечно, это не может в полной мере удовлетворить ни человечество, ни ученых: всем хочется знать прямо сейчас, на каком цикле мы находимся — все еще на предыдущем или уже на новом. Возникает вопрос, нет ли способа установить, хотя бы приблизительно, что Солнце уже «оторвалось» от дна и начало движение вверх. Такой способ есть, и в этом помогает знание теории формирования солнечных вспышек.

Солнечные вспышки — это взрывы, которые, по сути, представляют собой события высвобождения энергии. Но чтобы энергия высвободилась, она должна быть где-то предварительно запасена. В случае Солнца, и это надежно установлено, энергия копится в магнитном поле звезды. При этом, так как, очевидно, энергия должна сначала накопиться, чтобы потом высвободиться, изменения в магнитном поле происходят всегда раньше вспышек. Именно это и позволяет спрогнозировать начало цикла еще до того, как он начался в действительности, то есть до того, как пошел расти темп вспышек и число пятен, – просто по «правильным» изменениям магнитного поля.

Осталось разобраться, какие изменения являются «правильными».

Солнечный цикл активности, продолжающийся 11 лет, по своей глубинной природе представляет собой цикл изменения магнитного поля. В естественном состоянии магнитное поле Солнца похоже на земное — это дипольная магнитная структура с двумя полюсами и линиями магнитного поля, тянущимися от одного полюса к другому вдоль солнечных долгот. Если — гипотетически — попасть на поверхность такого идеального Солнца с компасом, то его стрелка покажет на солнечный север точно также, как на Земле. К слову, и сила поля на Солнце почти совпадает с земной.

Проблема в том, что такое идеальное Солнце почти никогда не наблюдается, за исключением глубочайшего солнечного минимума — такого, как сейчас. В обычной ситуации дипольное магнитное поле почти всегда искажено из-за солнечного вращения. В отличие от Земли, которая является нейтральным (не заряженным) телом, Солнце состоит из плазмы и при вращении тащит за собой и искажает линии магнитного поля. В результате эти линии «накручиваются» на Солнце, как нитки на клубок, увеличивая напряженность поля и приводя к росту магнитной энергии. Именно так формируется фаза роста солнечного цикла.

Что же происходит в максимуме — почему цикл останавливается? Дело в том, что в какой-то момент разница между скоростью вращения Солнца на глубине и на поверхности (а именно эта разница приводит в закручиванию линий) меняется на противоположную. И тогда линии начинают раскручиваться, уменьшая напряженность и энергию, — цикл проходит через максимум и идет на спад. После прохождения точки минимума вращение Солнца не останавливается, а продолжается, и поле снова начинает усиливаться, причем, как нетрудно догадаться, закручивается оно уже в ином направлении.

Таким образом, в точке минимума дополнительное магнитное поле, созданное вращением Солнца (это поле называется тороидальным), меняет знак. Как только это произошло, значит, новый солнечный цикл не за горами.

Именно это произошло в ноябре. Первая область с новой полярностью была зарегистрирована 8 ноября в северном полушарии Солнца. Область была очень небольшой, однако достаточно сильной – настолько, что в ней даже образовалось солнечное пятно, просуществовавшее, правда, менее суток. После этого настал заметный перерыв, позволивший думать, что зафиксированное событие было случайностью. Однако уже 17 ноября сформировалась еще одна область, с тем же новым направлением, просуществовавшая уже почти двое суток. Впрочем, к 20-му ноября исчезла и она, и сейчас Солнце снова пустое — с идеальным дипольным магнитным полем без каких-либо особенностей.

Чтобы понимать картину до конца, добавим, что поле старого направления в эти дни на Солнце не исчезало (такая смесь полей разных направлений обычна для переходного периода) и, более того, доминировало. То есть по сути на Солнце произошел не столько переход к новому шаблону поля, сколько некие «робкие» намеки на то, что что-то скоро должно произойти.

Чего же теперь ждать в ближайшее время? На самом деле ясности нет. Дело в том, что процессы формирования поля происходят глубоко под поверхностью Солнца — на границе его лучистой зоны, расположенной примерно на глубине в треть солнечного радиуса (это около 200 тысяч километров). Проникнуть на такую глубину современные приборы пока не могут. Бессильна здесь даже солнечная гелиосейсмология — область знаний, которая по колебаниям солнечной поверхности делает вывод о структуре подповерхностных слоев.

Наиболее радикальным является прогноз Бельгийской королевской обсерватории, согласно которому новый солнечный цикл начнется буквально через месяц, накануне Нового года. По сути, это означает, что прошедший солнечный цикл был не 11-летним, а практически 10-летним (такое, к слову, бывало в истории). Прогноз ФИАН (один из центров космической погоды) менее радикален. Там начала роста солнечной активности ожидают не раньше весны — лета 2019 года.

Каким будет новый солнечный максимум, пока сказать невозможно. По некоторым наблюдениям, вывод о силе нового цикла позволяет сделать широта, на которой всплывают первые пятна, — чем выше, тем сильнее будет цикл. Однако по одному пятну даже таких выводов не сделаешь. Уверенно говорить пока можно только об одном: солнечный механизм где-то там, на глубине, работает так, как ожидает наука, и магнитное поле, действительно, начало смену знака.

Куда теперь занесет эта кривая, остается только наблюдать. С большой вероятностью предварительные выводы относительно силы будущего максимума можно будет сделать в течение ближайших месяцев.

Ранее в этом блоге

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.