Елена Подладчикова — ведущий научный сотрудник Бельгийской Королевской обсерватории в отделе физики Солнца, рассказала о циклах солнечной активности и открытиях, к которым в своей работе приходят учёные.
Что науке известно о солнечных циклах
В первую очередь специалисты в области физики Солнца начали изучать цикличность солнечной активности. Были обнаружены:
- 11-летний — наиболее выраженный солнечный цикл. Швейцарский ученый Р. Вольф начал наблюдать за солнечными пятнами и по периодичности их возникновения заметил эту цикличность. Распознают её по быстрому увеличению количества солнечных пятен, высокой активности других процессов и дальнейшему медленному их уменьшению. Когда начинается новый, 11-летний цикл солнечной активности, Солнце начинает генерировать магнитное поле как бы заново, потому что всю предыдущую энергию использовало. Почему это происходит, учёным пока достоверно неизвестно.
- 22-летний цикл солнечной активности — по сути это двойной 11-летний цикл. Во время его происходит полная переполюсовка и возврат в обратное состояние магнитных полюсов Солнца.
- Также выделяют вековой и 200-летний циклы Солнца — их наблюдают по периодичности появления пятен.
- Тысячелетний и даже двухтысячелетний циклы — они мало изучены, но их наличие подтверждает радиоуглеродный анализ и другие более глубокие измерения.
График цикличности солнечной активности.
Циклы солнечной активности и возникновение социальных и климатических кризисов на Земле
Одним из основоположников космического естествознания А. Л. Чижевским было замечено, что солнечный цикл влияет на биоактивность на Земле. Его исследования известны учёным всего мира и периодически изучаются и дополняются.
Лабораторию А. Л. Чижевского закрыли где-то в 50-х гг. прошлого столетия. Глобально эти исследования проведены не были, но он выдвинул гипотезу, которая подтверждается, что во время 100-летних и 200-летних минимумов солнечной активности на Земле происходят социологические и биологические катаклизмы.
Крупные солнечные минимумы происходят, когда в нескольких солнечных циклах активность оказывается ниже средней за десятилетие или столетие. При исследовании крупных солнечных минимумов было выявлено, что они коррелируют с глобальными и региональными изменениями климата. В частности, три глобальных минимума солнечной активности, которые были нам известны:
- минимум Вольфа (1280-1350 гг.)
- минимум Шпёрера (1450-1550 гг.)
- минимум Маундера (1645-1715 гг.)
Во время минимума Маундера правил король Людовик XIV (король Франции и Наварры с 14 мая 1643 по 1 сентября 1715 года). Именно в эти даты было замечено похолодание на Земле, голод, военные сложности различного характера.
Циклы солнечной активности и изменение климата.
Если мы продлим этот список, то окажется, что именно сейчас у нас вот этот двухсотлетний минимум, но, к большому удивлению, никто об этом не говорит, все заняты текущими исследованиями. То, что сейчас 24-й по счёту 11-летний цикл солнечной активности и его минимум, — это мы знаем, но вот про 200-летний — нет.
Возможно события и катаклизмы, которые Земля сейчас переживает, связаны с этим 200-летним минимумом. И он может влиять на то, что не заканчивается 24-й 11-летний цикл Солнца, и не начинается 25-й. 200-летний минимум солнечной активности всегда связан с тем, что короткий цикл как бы не заканчивается, скорее, даже не начинается новый.
По предположению учёных, в настоящее время 25-й солнечный цикл только начался — года два назад перестали генерироваться новые солнечные пятна. Будет очень любопытно, если он продлится 40 лет вместо 11-ти, и это будет означать, что 25-й 11-летний цикл не начался. Скоро это станет известно. Некоторые пятна, свидетельствующие о новом 11-летнем жизненном цикле Солнца, появляются, но очень маленькие, а нужно чтобы их появилось много. Лишь тогда можно точно сказать о начале следующего цикла.
Как Солнце влияет на планеты?
В период с 60-х по 90-е гг. ХХ столетия человек активно изучал планеты Солнечной системы. Помимо влияния Солнца на Землю были открыты и некоторые другие удивительные факты. Венера, например, — это довольно грустная планета. Казалось бы, Венера-Афродита должна быть весёлой, но нет. У неё нет своего магнитного поля, которое генерируется по принципу динамо.
Венера.
На Юпитере, Земле и Марсе оно генерируется, то есть эти планеты могут себя защищать.
А Венера не может быть под своей защитой, ведь у неё нет вращения жидкого ядра, конвекции — всех процессов, которые приводят к генерации магнитного поля. Поэтому у неё есть только атмосфера и солнечный ветер. Он постоянно выбивает молекулы воды из этой атмосферы, то есть можно сказать, что Венера постоянно обезвоживается.
Учёные со всего мира посылали искусственные аппараты на поверхности Венеры и Марса, поэтому мы знаем, какие процессы происходят на этих планетах.
22-летний цикл солнечной активности и переполюсовка
На Солнце каждые 22 года, то есть каждые два коротких цикла, происходит переполюсовка.
Переполюсовка магнитного поля Солнца.
В начале магнитного цикла Солнца, который начинается после минимума, есть глобальное полоидальное поле, направленное вдоль линий, проходящих через полюсы сферической системы координат. То есть такой простой диполь.
Верхняя часть Солнца кипит и имеет ячеистую структуру из-за того, что оно вращается, жидкое и есть конвекция. Солнце образует дополнительное магнитное поле, которое называется тороидальное. Потом тороидальное и полоидальное поля взаимодействуют между собой. Полоидальное поле полностью диссипирует (как вспышки, как волны, как солнечный ветер) и полностью исчезает, — тогда всё происходит заново.
Переполюсовка Земли
На Земле тоже происходит переполюсовка — это связано с принципом динамо магнитного поля. Чтобы это легче понять, можно представить волчок (юлу). Научный волчок — это гироскоп. Если его сильно закрутить, то в какой-то момент он перевернётся. Вот так же происходит и с магнитным полем.
Когда произойдёт переполюсовка на Земле, предсказать невозможно. Учёные считают, что в прошлом Земля и биологическая жизнь на ней страдали несколько раз во время переполюсовки, потому что в этот момент магнитное поле не работало и планета не могла себя хорошо защитить от солнечного ветра и потока солнечных частиц.
Какие исследования сейчас ведутся учёными
В последние 10 лет большой прогресс произошёл в устройстве космических телескопов, которые помогают в изучении звёзд, туманностей, галактик и планет. Сейчас научились непрямыми методами детектировать планеты с кислородом и такими же условиями, как на Земле.
NASA отправило в космос спутник Parker Solar Probe для изучения процессов на Солнце и солнечной короны. Данные его ещё не открыты, но известно, что спутник обнаружил устойчивые колебания, исходящие от Солнца.
Солнечный зонд Parker Solar Probe. Источник: http://parkersolarprobe.jhuapl.edu/Multimedia/Images.php
Елена Подладчикова сейчас изучает процессы на Солнце, пытаясь понять и объяснить эти упругие устойчивые колебания, которые не меняются.
Ранее учёные, работающие в области изучения плазмы межзвёздного пространства Солнечной системы, считали, что на Солнце зарождаются большие процессы и волны, потом по разным причинам они уменьшаются и диссипируют. Такое было представление.
Но, исходя из данных спутника Solar Probe, который обнаружил упругие колебания, совершенно одинаковые и возле Солнца, и возле Земли, картина меняется. И этого никто пока не понимает. Хотя это просто объяснить на примере резонатора, в котором тоже есть устойчивые волны. Возьмём две поверхности: шар и вокруг него гелиосфера или ещё одна сфера — галактика. В таких системах с границами могут образовываться устойчивые волны. Когда появились эти волны, сказать сложно, потому что астрофизики это явление изучают не в пределах годов, дней, часов, а в размерах миллиардов лет.
Циклы космических объектов
Все космические объекты живут по циклам. Вращение нашей Галактики — полный оборот, вращение Земли вокруг Солнца — год, наклон оси Земли и вращение вокруг солнца — смена четырёх сезонов, прецессия земной оси — 25 765 лет.
Цикл прецессии земной оси.
Даже познание физики начинается с изучения периодических колебаний. Такой подход позволяет любой процесс, происходящий в нашей Вселенной, изучить, разложив на периодические, понятные явления. Даже когда что-то кажется хаотичным, если всмотреться, то всегда можно найти некоторые периоды, пусть с помехами, но они есть.
Как волновые колебания могут отражаться на Земле?
Фундаментальная физика считает, что есть 4 основных взаимодействия:
- гравитационное
- электромагнитное
- сильно-ядерное
- слабо-ядерное
Наука знает, как магнитное поле Солнца влияет на аналогичное поле Земли. Происходят магнитные бури — это хорошо изученный за последние 60-70 лет процесс. От сильных экстремальных явлений на Солнце, таких как корональные выбросы масс и вспышки, Земля защищена магнитным полем.
Гравитационное поле или акустические волны, безусловно, должны влиять. Земля с Луной прикреплены к Солнцу и взаимосвязаны. Акустические волны — это волны другого порядка, для них наша планета прозрачна и никакая оболочка её не защищает. Недавно их задетектировали прибором LISA. Они распространялись от взрыва сверхновой звезды, произошедшего много миллионов лет назад. Как они влияют на планету и на человека, науке пока неизвестно.
Кто такие учёные, и какова их роль в жизни общества?
Какими качествами должен обладать учёный? Какова роль науки в современном обществе и жизни человека? Сколько тайн ещё сокрыто, и сколько открытий ждут учёных, наблюдающих за нашим светилом и за циклами солнечной активности?
Константин Циолковский — исследователь и крупнейший учёный в области воздухоплавания, авиации и космонавтики, основоположник теории космических полётов.
Иоганн Кеплер — первооткрыватель законов движения планет Солнечной системы.
Елена Подладчикова отметила: «Настоящая роль учёного — облегчить жизнь человека для более лучших задач. Понять роль человека во Вселенной».