Что обнаружили на солнце
На Солнце обнаружен источник опасных для всего живого частиц
Астрономы разгадали ещё одну загадку Солнца.
Иллюстрация NASA/GSFC/SDO.
Астрономы выяснили, почему наше светило испускает потоки энергичных частиц, опасных для экипажей космических кораблей. Впервые учёные отследили источник этого потока в атмосфере Солнца.
Напомним, что от нашей родной звезды постоянно исходит поток вещества – солнечный ветер. При скорости 400–700 километров в секунду составляющим его частицам требуется несколько суток, чтобы достичь Земли.
Иногда светило исторгает облака плазмы, летящие несколько быстрее – корональные выбросы массы (СМЕ). Типичный СМЕ достигает нашей планеты за сутки или двое (если, конечно, движется в её сторону).
Но бывают ещё выбросы так называемых солнечных энергичных частиц (они же солнечные космические лучи, или СКЛ). Эти частицы пронзают пространство со скоростью в десятки тысяч километров в секунду и покрывают расстояние до Земли за считанные часы или даже минуты. Такие выбросы происходят в среднем около сотни раз за 11-летний солнечный цикл. При этом каждое такое событие может продолжаться несколько часов или дней.
Неудивительно, что специалисты хотят как можно больше знать о том, откуда берутся солнечные космические лучи. Однако до сих пор в этом вопросе нет полной ясности. Выбросы СКЛ бывают разными и, видимо, имеют разные механизмы.
Специалисты давно предполагали, что один тип выбросов солнечных энергичных частиц связан с упомянутыми выше облаками плазмы – СМЕ. Хотя сами СМЕ движутся гораздо медленнее, они играют роль своеобразного ускорителя для солнечных космических лучей.
Теперь учёные получили решающие доказательства этой гипотезы.
«В нашем исследовании мы впервые наблюдали, откуда именно на Солнце приходят солнечные энергичные частицы», – утверждает соавтор исследования Стефани Ярдли (Stephanie Yardley) из Университетского колледжа Лондона.
Астрономы использовали данные космического аппарата Wind, расположенного между Солнцем и Землёй. Он регулярно фиксирует потоки солнечных космических лучей. Авторы сосредоточились на нескольких таких событиях января 2014 года, каждое из которых продолжалось не менее суток.
Датчики Wind в числе прочего фиксируют состав проходящих через них частиц. Поясним, что солнечные энергичные частицы – это в основном протоны, но встречаются среди них и более тяжёлые атомные ядра. Содержание последних разнится от выброса к выбросу.
Эксперты сопоставили данные за январь 2014 года с наблюдениями зонда Hinode, обозревавшего Солнце на большом расстоянии. Они отыскали в атмосфере нашей звезды точки, имеющие точно такую же «химическую подпись», как и выбросы, зафиксированные Wind.
Оказалось, что потоки энергичных частиц были выброшены из большого солнечного пятна, породившего несколько вспышек и СМЕ. Более того, «отпечатки пальцев» этих выбросов нашлись у основания корональной петли – огромной арки, образованной линиями магнитного поля.
В этих арках заключена огромная энергия. Когда магнитное поле перестраивается, она высвобождается и может служить причиной вспышек, СМЕ и выбросов солнечных космических лучей.
«Наши данные подтверждают теории о том, что эти энергичные заряженные частицы происходят из плазмы, которая удерживается в атмосфере Солнца сильными магнитными полями. Эти энергичные частицы, однажды высвобожденные, затем ускоряются выбросами, которые движутся со скоростью несколько тысяч километров в секунду», – заключает Ярдли.
Научная статья с результатами исследования опубликована в журнале Science Advances.
К слову, ранее Вести.Ru рассказывали о том, что магнитное поле Солнца оказалось неожиданно сильным. Писали мы и об обнаружении на нашей звезде загадочных «костров».
«Там все гигантское: звезды, планета, расстояния»: астрономы нашли то, чего не может быть
Телескоп VLT увидел сверхгигантскую экзопланету в системе гигантских звезд
Система из двух близких звезд b Центавра, расположенная на расстоянии в 325 световых лет от Земли в южном созвездии Центавра (также известная как HR 5471, HIP 71865 и HD 129116), обладает массой, как минимум в шесть или даже в десять раз превосходящей массу Солнца, что делает ее самой массивной системой, вокруг которой вращается экзопланета, существование которой надежно подтверждено. До сих пор астрономы не находили планет у звезд, масса которых была хотя бы в три раза больше массы Солнца.
Система b Cen (AB)b и соотношение масс экзопланет и родительских звезд
European Southern Observatory
«Обнаружение планеты у b Центавра вызывает огромное удивление, поскольку полностью меняет наше представление о перспективах обнаружения планет у массивных звезд», — говорит Маркус Янсон, астроном из Стокгольмского университета в Швеции, ведущий автор нового исследования, опубликованного в журнале Nature.
Самые массивные звезды оказываются одновременно и самыми горячими, и эта система не является исключением: ее главная звезда — звезда так называемого B-типа, более чем в три раза горячее Солнца. Из-за своей высокой температуры она интенсивно излучает также в ультрафиолетовом и рентгеновском диапазонах.
В видимом диапазоне объект имеет бело-голубой оттенок. Возраст звезд оценивается в 18 млн лет, они очень быстро вращаются вокруг общего центра масс. Большая масса и жар, исходящий от этого типа звезд, оказывают сильное влияние на окружающий газ, что в теории должно препятствовать образованию планет в подобных системах. Вообще, чем горячее звезда, тем больше энергии она излучает (и быстрее выгорает), в результате чего такие звезды быстрее избавляются от окружающего вещества, еще остававшегося со времен формирования системы. «Пространство возле звезд B-типа обычно оказывается весьма разрушительной и опасной средой, поэтому до сих пор считалось, что формирование больших планет возле них чрезвычайно затруднено», — утверждает Янсон.
Но новое открытие показывает, что планеты могут образовываться и в таких суровых условиях. «Планету в b Центавра окружает среда, которая полностью отличается от всего, что нам известно в своей Солнечной системе, — объясняет одна из соавторов статьи, Гаятри Вишванат, аспирантка Стокгольмского университета. — Это суровая среда, в которой преобладает сильное излучение и где все гигантское: гигантские звезды, гигантская планета, гигантские расстояния».
Действительно, новообнаруженная планета, обозначаемая как b Центавра (AB) b, или b Центавра b, также оказывается во многом самой-самой. Она в десять раз массивнее Юпитера, что делает ее одной из самых массивных из когда-либо обнаруженных планет. Более того, радиус ее орбиты оказывается одним из самых больших среди всех исследованных экзопланет, — она обращается вокруг своих звезд на расстоянии, в сто раз превышающем радиус орбиты Юпитера, — 560 астрономических единиц. И столь большое расстояние от пары центральных звезд может оказаться ключом к выживанию самой планеты.
Новое исследование стало возможными благодаря использованию передового инструмента VLT-SPHERE — Spectro-Polarimetric High-contrast Exoplanet REsearch — спектрополяриметрическому высококонтрастному исследователю экзопланет с системой адаптивной оптики и коронографической установкой, установленному на Очень большом телескопе VLT Европейской южной обсерватории в Чили. Ранее с помощью этого инструмента уже были получены фотографии нескольких планет, вращающихся возле других звезд. Среди этих снимков — первое в истории изображение двух планет, вращающихся возле звезды, похожей на Солнце.
Однако SPHERE не был первым инструментом, получившим изображение этой планеты. В рамках своего исследования группа астрономов изучила также архивные данные о системе b Центавра и обнаружила, что фактически первое изображение этой экзопланеты было получено более двадцати лет назад с помощью 3,6-метрового телескопа Европейской южной обсерватории, но в то время она не была признана планетой (ее сочли паразитным фоновым объектом). Теперь принадлежность планеты к системе двух звезд подтверждено ее движением по орбите вокруг них.
С появлением Чрезвычайно большого телескопа (ELT), который должен начать наблюдения в конце этого десятилетия, и с обновлением VLT астрономы, возможно, сумеют узнать еще больше об истории образовании и особенностях этой планеты. «Это будет интригующая задача: попытаться выяснить, как такая планета могла образоваться, что на данный момент остается загадкой», — заключает Янсон. «Более глубокое понимание процессов формирования планет может быть достигнуто путем изучения объектов во всем доступном пространстве параметров, включая самые крайние значения», — считают авторы статьи.
Маловероятно, что данная планета образовалась на своей орбите с помощью обычного механизма аккреции вещества на центральное ядро — скорее всего, она образовалась где-то в другом месте и попала на свою нынешнюю орбиту в результате каких-то динамических взаимодействий внутри системы, воздействия внешних звезд или же в результате гравитационной нестабильности. Интересно, что соотношение масс между планетой и звездами при всей гигантомании этой системы соответствует пропорции между массами Юпитера и Солнца и составляет 0,10-0,17%.
Планетологи обнаружили экзопланету в тройной звездной системе Бета Центавра, две звезды которой превосходят Солнце по размерам в 10 раз. Она стала первым миром, открытым рядом со столь крупными светилами, сообщила в среду пресс-служба Европейской южной обсерватории (ESO).
Как передает ТАСС, открытие планеты у Беты Центавра стало очень важным событием.
Как отмечают Янсон и его коллеги, все известные экзопланеты были открыты рядом с относительно небольшими и спокойными звездами, которые примерно равны Солнцу по размерам или значительно меньше его. Более того, многие астрономы считали, что экзомиры не могут в принципе возникать в окрестностях светил, в 4-10 раз превосходящих Солнце по массе, так как их излучение и выбросы будут мешать образованию планет.
Европейские астрономы и их коллеги из США выяснили, что эта гипотеза была ошибочной. Они пришли к такому выводу в ходе наблюдений за Бетой Центавра при помощи телескопа VLT, который установлен в высокогорной обсерватории Параналь в чилийской части пустыни Атакама.
Как показали снимки этой тройной звезды, полученные при помощи VLT, вокруг первых двух миров вращается очень крупная экзопланета, которая примерно в десять раз превосходит Юпитер по размерам и массе. Она удалена от светил на рекордно большое расстояние, которое превышает дистанцию между Землей и Солнцем примерно в 560 раз.
Благодаря этому, год на данной планете, получившей имя b Cen (AB)b, длится около 7 тыс. лет. Несмотря на большое расстояние до светил, она прогревается под действием ультрафиолетовых и рентгеновских лучей до сверхвысоких температур, превышающих тысячу градусов Цельсия. По этой причине ученые предполагают, что если у данного мира есть землеподобные спутники, то они вряд ли могут быть пригодными для жизни.
Пока ученые не могут сказать, как и когда возникла b Cen (AB)b и в какой части звездной системы сформировался этот газовый гигант. Последующие наблюдения за этим миром, а также открытие других планет у голубых гигантов, как надеются Янсон и его коллеги, помогут планетологам найти ответы на все эти вопросы.
Взрывной характер Предсказана скорая гибель человеческой цивилизации. Ее уничтожит вспышка на Солнце
Изображение: NASA’s Goddard Space Flight Center
Астрономы Колорадского университета в Боулдере в США пришли к выводу, что Солнце может породить выброс энергии в тысячи раз мощнее обычных вспышек, который нанесет огромный урон технологической цивилизации. Подобные события, называемые супервспышками, обычно регистрировались у молодых и активных звезд, и поначалу считалось, что в Солнечной системе они невозможны. «Лента.ру» рассказывает о тревожном исследовании, опубликованном в журнале The Astrophysical Journal.
Звездные взрывы
Вспышки представляют собой выброс значительного количества энергии в звездной атмосфере. Их порождают магнитные поля вблизи пятен — холодных участков фотосферы. Высокой магнитной активностью обладают молодые звезды, быстро вращающиеся звезды, двойные звезды (их компаньоны должны быть близки друг к другу) и красные карлики. Их поля c силой в несколько тысяч Гаусс (0,1-0,4 тесла) затрагивают обширные участки поверхности, что способствует возникновению супервспышек со светимостью в десять или в миллион раз выше, чем у крупнейших солнечных вспышек (с энергией 10 в 32-й степени эрг). Казалось бы, человечеству повезло: Солнце вращается медленно, магнитные поля у него слабые — ничто не указывает на то, что у него хватит сил на супервспышку.
Фотография солнечной вспышки
Однако, благодаря данным, полученным с помощью космического телескопа Kepler, ученые начали находить свидетельства возникновения супервспышек и у звезд спектрального класса G (к ним относится современное Солнце). Звезды, производящие экстремальные вспышки, обладают столь огромным числом пятен, что по мере вращения происходят периодические изменения яркости, которые можно заметить с помощью астрономических приборов. Вообще говоря, появление огромного числа пятен — явный признак усиления магнитной активности. Было обнаружено большое число подобных событий, что дало исследователям возможность оценить вероятность супервспышки у Солнца.
Ученые выяснили, что супервспышки с энергией до 10 в 35-й степени эрг могут происходить раз в несколько тысяч лет у звезд, которые вращаются столь же медленно, как и Солнце. Частота вспышек с увеличением ее силы уменьшается по степенному закону, то есть чем сильнее вспышка, тем реже она происходит. Поэтому астрономы пришли к выводу, что Солнце изредка, раз в несколько тысяч лет, способно породить достаточно мощные магнитные поля, чтобы создать катастрофическое событие.
Тревожные данные
В одной из прошлых научных работ исследователи провели наблюдения за 50 звездами солнечного типа, производящими супервспышки. Больше половины (34) из них были одиночными, а все параметры звездной атмосферы (температура, поверхностная гравитация, металличность) были типичны для звезд G-класса. Они демонстрировали ту самую периодичность в изменении блеска, что происходит при вращении и наличии большого числа пятен. Также ученые измерили содержание лития, чье большое количество характерно для активных и молодых звезд.
С возрастом содержание лития в звездах снижается, поскольку по мере того, как светила становятся холоднее, металл опускается в горячие недра, где разрушается в ядерных реакциях. Некоторые звезды имеют мало лития, медленно вращаются, но все же производят достаточно мощные вспышки. Однако чтобы подтвердить, что Солнце может представлять опасность, астрономам не хватало спектроскопических данных об одиночных звездах, ведь многие изученные системы были бинарными.
Взаимодействие между облаком плазмы и электромагнитным полем Земли
В новом исследовании специалисты изучили еще 23 похожие на Солнце звезды, у которых заметили супервспышки. Эти звезды изначально были обнаружены ныне «покойным» телескопом Kepler. Стоит заметить, что все они вращаются чуть быстрее Солнца, у которого период обращения вокруг своей оси равен примерно 25 дней. Из 23 звезд были отобраны 18 наиболее ярких (чтобы исключить влияние шума), а из них в свою очередь выделили пять двойных систем. Кроме того, астрономы также для сравнения рассмотрели еще 28 звезд солнечного типа, у которых не было зафиксировано супервспышек.
С учетом объединенных данных о 43 звездах астрономы подтвердили прямую корреляцию между числом солнечных пятен и магнитной активностью звезд, а также то, что старые звезды, подобные Солнцу, действительно могут производить супервспышки. Кроме того, максимальная энергия вспышек не находится в строгой зависимости от скорости вращения звезд, и мощные выбросы энергии до 10 в 35-й степени эрг могут происходить на медленно вращающихся звездах. Супервспышки с энергией до 5 * 10 в 34-й степени эрг происходят на старых звездах солнечного типа примерно раз в 2-3 тысячи лет.
Однако, по мнению исследователей, текущей статистики недостаточно, чтобы уверенно ответить на вопрос, может ли Солнце произвести катастрофически мощную вспышку. Ученые не вполне уверены, что исследованные звезды не обладают какими-либо неучтенными свойствами, которые отсутствуют у Солнца. Но, исходя из имеющихся данных, вероятность того, что супервспышка может произойти в ближайшую сотню лет, довольно высока. Астрономы планируют изучить сам механизм возникновения вспышек и то, какое влияние они могут оказать на ближайшие планеты.
Катастрофические последствия
Супервспышка не приведет к массовому вымиранию и экологической катастрофе, несмотря на то, что она будет в тысячи раз сильнее обычной солнечной вспышки. Она не сожжет леса и не обдаст всех людей и животных на Земле вредоносным ультрафиолетовым излучением. Однако ее последствия окажутся тяжелы для человеческой цивилизации, чье существование тесно связано со спутниковыми и другими технологиями. Всплеск высокоэнергетического излучения окажется фатальным для электроники и телекоммуникационных систем и может стать смертельно опасным для астронавтов на орбите.
Район прорыва магнитного поля через фотосферу и солнечная вспышка (внизу справа на солнечном диске).
Изображение: NASA / GSFC / SDO
Вспышка на Солнце создает большие выбросы плазмы из солнечной фотосферы, которые устремляются в космос и сталкиваются с магнитным полем Земли, создавая геомагнитную бурю. Еще одним поражающим фактором является ионизирующее излучение, которое ответственно за формирование у Земли ионосферы. Заряженные частицы могут проникать в высшие слои атмосферы, вызывая полярные сияния и сбои в радиосвязи.
Супервспышка может привести к потере буквально всех искусственных спутников, а пассажиры самолетов, делающих рейсы через полярные области, получат высокие дозы радиации. Серьезные повреждения в энергосистеме приведут к массовому отключению электричества. Скорее всего, произойдет истощение озонового слоя с усилением повреждающего воздействия ультрафиолетового излучения на кожу человека. Увеличится заболеваемость раком, катарактой, а также повысится риск получения солнечных ожогов. Восстановление атмосферы займет месяцы или годы.
Солнечные пятна: от Галилея до наших дней
Наблюдения Солнца, проводившиеся в XVII веке, ставят в тупик современных исследователей
Вы сочинили и напечатали в своем умном соченении, как сказал мне Герасимов, что будто бы на самом величайшем светиле, на солнце, есть черные пятнушки. Этого не может быть, потому что этого не может быть никогда. Как Вы могли видеть на солнце пятны, если на солнце нельзя глядеть простыми человеческими глазами, и для чего на нем пятны, если и без них можно обойтиться? Из какого мокрого тела сделаны эти самые пятны, если они не сгорают? Может быть, по-вашему и рыбы живут на солнце? Извените меня дурмана ядовитого, что так глупо съострил!
А.П.Чехов, Письмо к ученому соседу
Всем знакомо выражение, приписываемое Галилею, что и на Солнце есть пятна. Если иносказательно оно обычно трактуется в том смысле, что у каждого есть недостатки, то для науки наличие пятен на Солнце — бесценный кладезь информации.
В начале XVII в. Галилей изобрел телескоп, усовершенствовав подзорную трубу, и это открыло новую эру в науке. Одним из первых объектов для изучения, разумеется, стало Солнце. Очень быстро наличие динамически меняющихся солнечных пятен стало очевидным, и начались регулярные научные наблюдения Солнца. В течение XVII в. Солнце наблюдалось с удивительной научной тщательностью. Так, например, во второй половине XVII в., для 95% дней существуют записи профессиональных астрономов, таких, как Галилей, Гевелиус, Кассенди, об их наблюдениях Солнца, и зарисовки солнечных пятен. Качество этих данных вполне сопоставимо с ранними фотографическими наблюдениями конца XIX в. Заметим, что позднее качество солнечных наблюдений упало и восстановилось лишь с середины XIX в., когда Рудольф Вольф в Цюрихе организовал патрульную службу наблюдений Солнца, которая в модифицированном виде существует до сих пор. В настоящее время патрульные наблюдения Солнца и вычисления числа солнечных пятен осуществляются Бельгийской Королевской обсерваторией под Брюсселем. Таким образом, сегодня мы располагаем более-менее однородным рядом, отражающим изменения солнечной активности за последние четыре столетия (с 1610 г.). Этот ряд состоит фактически из двух частей: прямые ежеденевные наблюдения Солнца, проводимые регулярно с 1850 г. в Швейцарии (часто называемые Цюрихским рядом), и компиляция данных из разрозненных источников до 1850 г. Первая такая компиляция была выполнена Р.Вольфом в 1860-х годах и известна как ряд чисел Вольфа RW, который формально представляет данные с 1749 г. Число Вольфа определяется как удесятеренное число групп пятен (солнечные пятна часто объединены в группы) плюс общее число пятен. При этом одно единственное пятно соответствует минимальному ненулевому числу Вольфа 11. Для учета разного качества инструментов каждому наблюдателю присваивался индивидуальный корректирующий коэффициент. Числа Вольфа считались за каждый день, при наличии наблюдательных данных. При наличии нескольких наблюдений в день число Вольфа считалось, используя данные только одного наблюдателя, согласно разработанной Вольфом иерархии. Все остальные наблюдения за этот день отбрасывались. При отсутствии наблюдений ряд Вольфа заполнялся интерполяцией. С 1849 по 1981 год числа Вольфа считались только по данным наблюдений в Цюрихской обсерватории. В силу используемой методики не представляется возможным оценить погрешности чисел Вольфа. Этот ряд чисел солнечных пятен, который считался одним из самых длинных непрерывных рядов прямых научных наблюдений, сыграл грандиозную роль в науке, будучи базой для множества работ по солнечному и звездному динамо, солнечно-земным связям и пробным рядом для различных методов анализа временных рядов.
Существенный шаг в усовершенствовании ряда солнечных пятен был сделан в 1998 г., когда американские солнечные физики Дуглас Хойт и Кен Шаттен опубликовали ряд групп солнечных пятен RG с 1610 г. Новый ряд нормирован на ряд Вольфа, но имеет несколько важных усовершенствований. Во-первых, он основан на гораздо более обширной архивной базе: Хойт и Шаттен проанализировали 445242 записи наблюдений 463 наблюдателей, что почти в два раза больше, чем было в распоряжении Вольфа. Это позволяет отодвинуть границу начала надежных данных о солнечной активности с 1750 на 1610 год. Такое расширение интервала исключительно важно, ибо включает в себя минимум Маундера (1645-1700), когда Солнце было аномально спокойно. Во-вторых, новый ряд учитывает только число групп пятен, видимых на Солнце, и не включает отдельные пятна, что уменьшает рассогласование между отдельными наблюдателями и зависимость результатов от используемых инструментов (группы пятен определяются более надежно). Кроме того, в отличие от числа Вольфа число групп пятен RG представляет собой взвешенное среднее по всем существующим данным за день, т.е. использует всю доступную информацию. Такой подход позволяет оценить систематические погрешности полученных чисел пятен, которые составляют несколько процентов до 1849 г. и менее процента — после 1850-го. Как показали результаты нескольких независимых тестов, новый ряд RG практически идентичен ряду Вольфа с середины XIX в., зато гораздо более однороден и надежен в предшествующие века. Таким образом, ряд числа групп солнечных пятен (доступный на ftp://ftp.ngdc.noaa.gov/STP/SOLAR_DATA/SUNSPOT_NUMBERS/GROUP_SUNSPOT_NUMBERS/ ) фактически заменил собой ряд Вольфа до 1849 г.
Так что же представляют собой солнечные пятна, и какое нам дело до этих мелких конопушек на Солнце, которое Аристотель считал совершенным? Почему бы нам просто не «отфотошопить» солнечные изображения по примеру фотомоделей в глянцевых журналах?
Солнечное пятно — это темная область на поверхности Солнца. Темнота пятна относительна: если бы пятно подобной яркости появилось на Луне, оно показалось бы нам ослепительно-ярким. Солнечные пятна появляются в местах выхода на поверхность так называемых силовых трубок магнитного поля, которые, согласно современным представлениям, «всплывают» из глубоких слоев конвективной оболочки Солнца. Поскольку магнитное поле внутри такой «трубки» сильнее, чем в среднем на поверхности Солнца, вещество там холоднее (около 4000 К по сравнению со средней температурой в 6000 К). Поэтому они и кажутся темнее. Если, однако, мы сравним общую светимость Солнца в спокойный период (мало пятен) и в активный период (много пятен), то обнаружим, что активное Солнце немного ярче, несмотря на большее количество пятен и их суммарную площадь. Этот кажущийся парадокс объясняется тем, что вокруг темного пятна существуют также яркие образования, факелы и флоккулы, питающиеся энергией силовой трубки при ее взаимодействии с окружающей плазмой и магнитными полями. В силу меньших размеров и быстрых динамических изменений они менее заметны по сравнению с пятнами, хотя в конечном итоге яркие образования преобладают над потемнением Солнца за счет пятен; их роль прояснилась только недавно, с помощью современных спутниковых наблюдений.
Обычно, говоря о магнитном поле Солнца, мы имеем в виду его полоидальный компонент (в первом приближении — магнитный диполь). Аналогичное полоидальное магнитное поле существует и у Земли, и оно всем знакомо (например, по стрелке компаса). Однако при работе «динамо-машины», которая собственно и воспроизводит постоянно магнитное поле и на Солнце, и на Земле, существует еще и тороидальный компонент магнитного поля. Тороидальное поле обычно запрятано глубоко внутри конвективной зоны и не может быть измерено напрямую in situ. Например, мы не можем измерить тороидальное поле у Земли, ибо оно никогда не выходит на поверхность. На Солнце же при определенных условиях магнитная трубка тороидального поля может «всплыть» и проявится на поверхности в виде пятна. Таким образом, солнечные пятна позволяют косвенно оценить тороидальный компонент солнечного магнитного поля и, соответственно, работу всей солнечной динамо-машины. Благодаря этому мы имеем больше информации о работе динамо-машины на Солнце, чем на Земле, как это ни парадоксально.
Благодаря наблюдениям многих поколений астрономов мы можем оценить работу солнечного динамо в течение последних четырех веков. Все знают, что 11-летняя цикличность доминирует в изменениях солнечной активности. Однако не все так просто. Во-первых, длительность 11-летнего цикла (называемого также циклом Швабе) не постоянна, а варьируется от 9 до 14 лет. Во-вторых, что более важно, уровень активности (или среднее число солнечных пятен) сильно меняется со временем в течение последних четырех столетий. Так, пятна на Солнце практически полностью отсутствовали во второй половине XVII в., что теперь известно как гранд-минимум Маундера. Однако только в 1970-х годах, во многом благодаря усилиям американского астронома Джека Эдди, научное сообщество осознало и признало факт существования таких гранд-минимумов. До этого идея существования длительных периодов спокойного Солнца отвергалась научным сообществом. С другой стороны, Солнце было аномально активным во второй половине XX в. Заметим, что современные модели солнечного (и звездного) динамо не могут адекватно объяснить столь сильную нерегулярную переменчивость. Интересно, что если бы наблюдения солнечной активности существовали бы, например, только с 1950 г., мы бы и не подозревали о таком феномене и искренно полагали бы, что солнечная активность блестяще описывается существующей динамо-теорией в виде регулярного 11-летнего цикла. Таким образом, наличие длительного ряда наблюдений позволяет нам существенно улучшить качество знания о Солнце. Заметим, что подобная проблема существует во многих смежных областях: например, солнечно-земные связи, магнитосферные и гелиосферные явления активно исследуются, в основном в течение последних десятилетий аномально активного Солнца. При этом остается не ясным, что же происходит, когда Солнце менее активно. Типичным примеров являются неопределенности в оценках долговременных изменений солнечной светимости и их роли в земном климате.
Можем ли мы хотя бы приблизительно оценить, как солнечная активность менялась в еще более далеком прошлом? Оказывается, можем! И здесь на помощь приходят не тщательность и аккуратность предыдущих поколений ученых, а изощренные методы современной науки. На более длительной временной шкале солнечная активность может быть восстановлена с помощью метода космогенных изотопов. Космогенные изотопы — это радиоактивные изотопы, единственным естественным источником которых на Земле являются ядерные реакции, инициированные в атмосфере Земли космическими лучами. После перераспределения в земной системе эти изотопы могут оказаться захваченными в природных архивах, где и сохраняются до нашего времени. Особенно важна возможность независимой датировки таких архивов. В наши дни содержание изотопов в таких датированных архивах измеряется с помощью современных методов, таких, как ускорительная масс-спектрометрия, что позволяет оценить уровень космических лучей в прошлом. Поскольку интенсивность космических лучей на Земле модулируется солнечной активностью, в конечном итоге это дает возможность восстановить уровень солнечной активности в прошлом. Наиболее подходящими изотопами являются радиоуглерод 14 С (сохраняется в кольцах деревьев) и 10 Ве (в ледниках). С помощью физических моделей генерации и переноса космогенных изотопов в атмосфере мы в состоянии извлечь из измерений космогенных изотопов вариации солнечной активности за последние несколько тысяч лет. Разумеется, качество восстановления падает по мере удаления в прошлое, но сильная переменчивость солнечной магнитной активности не вызывает сомнений. Так, за последние 10 тыс. лет довольно четко выделяются более 20 гранд-минимумов активности, подобных минимуму Маундера. Современный высокий уровень активности также не уникальное, хотя и редкое явление: в предыдущий раз Солнце было столь же активным несколько тысячелетий назад.
Солнечная магнитная активность не только является объектом академических исследований, но и влияет на нашу повседневную жизнь, особенно в эпоху бурного технического прогресса. Быстрые потоки солнечного ветра, возмущения межпланетного магнитного поля, ударные волны в околоземном пространстве, потоки заряженных частиц, бомбардирующих Землю, усиление ультрафиолетового и рентгеновского излучения — вот далеко не полный список внешних «раздражителей», сопутствующих интенсификации солнечной магнитной активности.
От большей части этих «раздражителей» нас хорошо защищают магнитосфера и атмосфера. Однако кое-что остается, и это кое-что приводит к нарушению радиосвязи, ошибкам в системах навигации, выходу из строя спутников, повышенной коррозии трубопроводов, наведенным токам в линиях электропередач, повышенной радиационной опасности для космонавтов и даже пассажиров и экипажей транс-полярных авиарейсов. Изучение таких последствий солнечной активности составляет молодую отрасль науки о космической погоде.
Кроме того, активно обсуждается вопрос о возможном влиянии солнечной активности на земной климат и даже на развитие общества. Так, например, советский ученый Чижевский в книге «Земное эхо солнечных бурь» предположил, что социальные возмущения (войны, революции) происходят преимущественно на пике солнечной активности. Популярность этой идеи в начале XX в. Подтверждается цитатой из «Похождений бравого солдата Швейка» Ярослава Гашека: «Пятна на солнце действительно имеют большое значение, — вмешался Швейк. — Однажды появилось на солнце пятно, и в тот же самый день меня избили в трактире, «У Банзетов», в Пуслях. С той поры перед тем, как куда-нибудь пойти, я смотрю в газету, не появилось ли опять какое-нибудь пятно». Хотя прямых доказательств таких влияний и адекватной численной модели, описывающей их, пока так не найдено, появляется все больше косвенных данных о том, что солнечная активность может влиять на климат и социум.
Несмотря на столь обильную информацию и несомненный прогресс в моделировании процессов солнечной магнитной активности, до полного понимания всех процессов еще далеко. И работа по изучению солнечной активности не прекращается.
Илья Усоскин,
профессор Университета Оулу
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.