Поддержать программу
ПостНаука на Дожде
14:34
7 августа
Наука

Что будет, если пятна на Солнце исчезнут

Объясняет астроном Владимир Кузнецов
5 622
0
Расписание
Следующий выпуск
10 декабря 16:10
суббота: 16:10
воскресенье: 02:00, 10:00, 16:00
понедельник: 02:00, 06:00
вторник: 11:00

Астроном Владимир Кузнецов рассказывает о солнечных пятнах, смене магнитных циклов и проблеме «Солнце — Земля — климат».

Больше лекций и видеороликов смотрите на сайте проекта «ПостНаука».

Больше чем 300 лет назад Галилей впервые посмотрел на Солнце и увидел там солнечные пятна. Сегодня мы знаем, что эти солнечные пятна — это так называемые трейсеры магнитных полей. И наблюдая, как они перемещаются, мы фактически видим, как живет магнитное поле Солнца. И когда стали наблюдать дальше после Галилея все эти пятна и считать их, то выяснили, что эти пятна меняются со временем и у них есть средний период  — примерно 11 лет. Так определили 11-летний солнечный цикл, а потом уже по косвенным данным установили, что и в прошлом все это имело место. Не было прямых наблюдений солнечных пятен. Эти солнечные пятна образуются, когда магнитное поле всплывает на поверхность Солнца из недр, образует активные области, в которых разворачиваются такие спорадически активные кратковременные явления. Основания этих петель темные, потому что магнитное поле подавляет теплую конвекцию, которая снизу приносит тепло. Поверхность Солнца горячая, и то, что мы видим, то есть яркость Солнца, — это излучение поверхности фотосферы. А эта трубка подавляет эту конвекцию, это тепло, и поэтому образуется темное пятно.

И когда мы за этим пятном наблюдаем, мы видим, что оно перемещается. Там есть общая тенденция, что эти пятна возникают в солнечном цикле где-то на широте примерно 30 градусов от экватора и потом постепенно перемещаются к полюсам. При наблюдении всего этого была обнаружена динамика этих полей. Также было обнаружено, что число солнечных пятен меняется с 11-летним солнечным циклом: когда максимум цикла, этих пятен много, много активных областей, много активных явлений, вспышек, выбросов, а через 5 лет наступает минимум, и этих пятен становится очень мало или они совсем исчезают, соответственно, меньше или совсем нет вспышек или активных явлений. Этот средний период примерно 11 лет, хотя за все время наблюдений установлено, что это средний период и он может меняться примерно от 8 до 14 лет. И высота этих циклов характеризуется так называемым числом Вольфа — это некое фиктивное число пятен в максимуме цикла.

Когда максимум наступает, то сколько этих пятен? Эта величина тоже меняется. Минимальное число, которое наблюдалось, — это примерно 48, а максимальное — где-то 190. И почему меняется длительность цикла, почему меняется высота цикла? Это очень важно в том плане, что если будет высокий цикл, будет много активных явлений и воздействие на Землю будет больше, то это необходимо будет учитывать. И собственно говоря, ученые изучают эту проблему, потому что в основе солнечного цикла лежит механизм солнечного динамо — это взаимодействие такого неоднородного, дифференциального вращения Солнца с магнитным полем. Общее поле Солнца дипольное. Оно погружено в недра, в коннективную зону. Такая оболочка имеет глубину примерно 1/3 солнечного радиуса. И там происходит такое условное взаимодействие. Этот процесс носит периодический характер. Примерно с периодом в 11 лет и, собственно говоря, для того, чтобы расшифровать, необходимо наблюдение. Такие наблюдения делаются с Земли давно, и продолжают наблюдаться эти солнечные пятна, строятся модели, как можно смоделировать такое периодическое поведение магнитного поля и солнечного цикла, исходя из такой магнитной природы солнечного цикла.

Целая серия проектов направлена на то, чтобы более детально изучить этот процесс взаимодействия магнитного поля и движения Солнца. Дело в том, что переполюсовка поля, которая происходит каждые 11 лет, — поле как бы переворачивается — происходит на полюсах, а мы из плоскости эклиптики наблюдаем в основном экваториальную область. У нас очень плохой ракурс, чтобы наблюдать приполярные зоны, поэтому разработана серия проектов, для того чтобы вывести космические аппараты из плоскости эклиптики и наблюдать эти приполярные области, чтобы более детально изучить динамику магнитного поля и взаимодействия магнитного поля и конвекции и проследить эту динамику, понять и смоделировать этот солнечный цикл. Каждый раз, когда заканчивается солнечный цикл, ученые делают прогнозы относительно будущих солнечных циклов. Сейчас мы находимся в фазе спада 24-го солнечного цикла, но можно посчитать, какое время назад, если умножить примерно на 11, и начали наблюдать и считать эти циклы. И мы находимся в фазе спада. Следующий цикл будет 25-й. Этот цикл 24-й, он относительно низкий. Число Вольфа примерно 75, по-моему, то есть это такой средний цикл.

Делаются прогнозы относительно того, что последующие циклы могут быть низкими — и 25-й, и последующий, и вообще говоря, когда начали наблюдать после Галилея эти циклы, пятна вдруг исчезли. С 1640 по 1710 год на Солнце не было солнечных пятен. Этот период известен как маундеровский минимум. Он совпал с похолоданием на Земле. При таком ретроспективном анализе было установлено, что были и другие периоды понижения солнечной активности, солнечного цикла и что они тоже совпали с периодами похолодания, и этот период примерно 200 лет. Кроме 11-летнего цикла есть также 100-летний и 200-летний, но это в разные фазы, потому что во время 11-летнего цикла переворачивается магнитное поле, а через 11 лет оно снова переворачивается. И этот 22-летний цикл называется магнитным циклом. А 100-летний цикл как бы моделирует эти 11-летние циклы, то есть с периодом в 10 лет мы видим повторение изменения амплитуды 11-летних циклов: то они высокие, то они чуть ниже и так далее.

Но эти длительные циклы, 100-летний и 200-летний, менее изучены, и, тем не менее, считается, что они существуют, а больший интерес представляет изучение 11-летнего цикла, потому что с этим связана наша жизнь и воздействие на околоземное космическое пространство, поскольку Солнце — основной источник космической погоды, и то, сколько будет активных явлений на Солнце, зависит от того, какой будет солнечный цикл — высокий или низкий. Кроме таких агентов солнечной активности, как вспышки, выбросы, воздействующие на околоземное пространство, есть просто излучение, которое мы воспринимаем и которое нас греет. Это излучение удивительно постоянно. Это связано с тем, что те термоядерные реакции, которые происходят, к Солнцу очень устойчивы в этом плане. Солнце уже живет 4,5 млрд лет и столько же проживет, и этот реактор внутри Солнца — термоядерная реакция — работает стабильно и выделяет постоянный поток энергии, и ему некуда деваться, он ничем не модулируется.

Есть измерения, что в течение 20-летнего цикла меняется всего на 0,1%, то есть на одну тысячную долю. Поэтому возникает вопрос: может ли Солнце влиять на климат, солнечные циклы и так далее? Но здесь тоже есть некие интересные теории, потому что из Солнца непрерывно истекает солнечный ветер, скорость которого тоже зависит от фазы солнечного цикла: когда максимум цикла, скорость ветра очень большая, а когда минимум солнечного цикла, скорость ветра очень маленькая. Тут есть гипотеза связи с климатом и воздействием на Землю. На Землю приходит поток космических лучей из Галактики, идет со всех сторон и пронизывает всю Галактику, всю Солнечную систему и в том числе попадает на Землю, на атмосферу Земли. И когда он входит в Солнечную систему, то солнечный ветер с ним взаимодействует, и, поскольку солнечный ветер с магнитным полем идет вместе, он эти космические лучи как бы выметает.

Если поток солнечного ветра сильный, то он их выметает, их меньше приходит на Землю, а эти космические лучи, попадая в атмосферу, являются центрами облакообразования. А облачность что делает? Она затмевает нам Солнце, и часть того излучения, которое падает на Землю, на атмосферу, отражается от этих облаков, а часть проходит. Если облаков мало, то в основном оно поглощается в атмосфере или на поверхности и как бы нагревает Землю, а если облаков много, то большая часть отражается. То есть Солнце дает постоянный поток энергии, но в атмосфере происходит за счет этого перераспределение. И получается, что когда у нас мощный, высокий солнечный цикл и большие потоки сильного солнечного ветра вытесняют много космических лучей, то их меньше попадет в атмосферу, меньше облачности, Земля нагревается больше. Такая гипотеза продолжает существовать, и есть сторонники, есть противники, как всегда в науке бывает, но здесь не очень простая роль Солнца.

Она не такая, что оно просто светит, а еще есть другие факторы, которые влияют, например факторы, связанные с солнечным ветром, с космическими лучами. Конечно, если говорить о проблеме «Солнце — Земля — климат», то, наверное, есть еще какие-то факторы, о которых мы можем и не знать, поэтому усилия ученых направлены на то, чтобы изучать Солнце и все процессы, которые на Земле происходят, устанавливать их взаимосвязь — это то, что изучает солнечно-земная физика, то, что относится к категории солнечно-земных связей. Все это интересно, конечно, с точки зрения самой фундаментальной науки, потому что это основа жизни. Разумное человечество возникло на Земле в этих условиях и существует всего 200 тысяч лет.

Ясно, что вся биосфера возникла гораздо раньше, но все это логично вышло из этих условий, в которых находится Земля под влиянием Солнца, и поэтому изучение этих связей играет фундаментальную роль для всей жизни. Мы знаем, в каком состоянии находятся соседние планеты: Марс без атмосферы, Венера имеет очень плотную атмосферу — там нет жизни и очень высокое давление. Вопрос: что ждет Землю? Безусловно, Солнце играет ключевую роль. Под влиянием Солнца что ждет землян? Даже изучая и Солнце, и планеты, мы должны понять эволюцию всех планет, Земли, Солнечной системы и сделать выводы, как нам дальше вести исследования и что нас ждет.

Фото: DepositPhotos