Сбой солнечных циклов

Солнечную активность измеряют в так называемых числах Вольфа. Они рассчитываются в зависимости от количества пятен на звезде. Наблюдения за поведением Солнца ученые ведут с начала XVIII века.

Астрономы всего мира бьют тревогу. Причиной этого стал сбой в смене циклов солнечной активности: в 2007-2008 годах должен завершиться двадцать третий по счету 11-летний цикл, начавшийся в 1996 году. Однако этого до сих пор не произошло. Объяснить данный феномен ученые пока не могут. Еще в XVIII веке, когда появились достаточно мощные телескопы, астрономы обратили внимание на то, что количество пятен на Солнце увеличивается и уменьшается с определенной периодичностью. Это явление назвали циклами солнечной активности. Выяснили и среднюю их продолжительность - 11 лет (цикл Швабе - Вольфа). Позднее были открыты и более продолжительные циклы: 22-летний (цикл Хейла), связанный с переменой полярности солнечного магнитного поля, "вековой" цикл Гляйссберга длительностью около 80-90 лет, а также 200-летний (цикл Зюсса). Предполагают, что существует даже цикл продолжительностью в 2400 лет.

Однако самым интересным для ученых остается все же 11-летний цикл, поскольку его амплитуда наиболее велика по сравнению с долгопериодными циклами: то на Солнце месяцами практически отсутствуют пятна, то в максимуме активности их число достигает нескольких десятков. Выполненные в ХХ веке основоположником гелиобиологии Александром Чижевским статистические исследования показали, что солнечная активность непосредственно сказывается на разных процессах на Земле - меняется частота эпидемий и эпизоотий, количество наводнений и засух.

У разных 11-летних циклов может существенно отличаться высота в максимумах. Измерять ее принято в относительных числах Вольфа. Этот индекс был введен швейцарским исследователем Рудольфом Вольфом в 1848 году. По словам доктора физико-математических наук Бориса Шерстюкова, обычно солнечные пятна появляются не по одному, а группами. Для определения числа Вольфа берется число групп пятен, одновременно наблюдаемых на диске Солнца, и умножается на 10. К тому, что получилось, прибавляется общее число всех наблюдаемых солнечных пятен во всех группах. Результат умножается на коэффициент, близкий к единице. Так и определяется индекс, являющийся на сегодня самым репрезентативным среди прочих показателей солнечной активности. Чаще всего используются среднемесячные значения числа Вольфа. Самый высокий индекс на максимуме активности звезды за все годы наблюдений был зафиксирован в 19-м цикле на отметке 201 единица. Минимум же составлял порядка сорока.

Пустая звезда

Полярное сияние — результат солнечной активности, оно возникает вследствие бомбардировки верхних слоев атмосферы заряженными частицами.

Любопытно, что пятна, с которыми астрономы связывают активность звезды, на самом деле не являются особо активными объектами. Более того, по словам академика Национальной академии наук Беларуси Владимира Логинова, "в сумме температура пятна меньше, чем температура невозмущенной фотосферы Солнца". Пятна - это вихри, подобные атмосферным циклонам. На Солнце происходят завихрения плазмы в видимой части спектра. Пятна - это более темные участки с пониженной температурой, а вокруг них яркие участки, обладающие более высокой энергией. Пятна окружены факелами, площадь которых в 5-6 раз больше. Их температура больше температуры невозмущенного солнечного диска на 100-150 градусов. Как раз эти вечные спутники пятен и создают так называемый фон повышенной солнечной активности. И чем больше пятен на звезде в конкретный момент, тем чаще происходят вспышки - чрезвычайно быстрое выделение магнитной энергии, схожее со взрывом. Мощность таких взрывов чрезвычайно велика. "Она эквивалентна взрыву одновременно тысячи ядерных бомб", - утверждает старший научный сотрудник отдела физики Солнца Государственного астрономического института имени Штернберга, кандидат физико-математических наук Игорь Никулин.

Мощные вспышки - редкость. Последние были отмечены в 2003 году в связи с появлением крупной группы пятен. Как отметил заместитель директора Главной (Пулковской) астрономической обсерватории РАН, доктор физико-математических наук Юрий Наговицын, "подобные вспышки сопровождаются выбросом огромных масс заряженных частиц в космическое пространство и жестким рентгеновским излучением, вплоть до гамма-диапазона. Выброшенные из недр звезды высокоэнергичные частицы, достигая магнитосферы Земли, могут приводить к полярным сияниям, нарушениям коротковолновой радиосвязи, сбоям в работе электросетей".

Считается, что именно в 2001 году наступил максимум солнечной активности в очередном 23-м цикле. По расчетам ученых, а также по астрономическим наблюдениям, минимум цикла должен был наступить в 2007 году. Так оно и случилось, и ученые ждали, что по уже заведенному порядку несколько месяцев на Солнце должны были образоваться пятна нового 24-го цикла. Заметим, что каждый следующий цикл отличается от предыдущего магнитной полярностью пятен. Это и помогает ученым без особого труда определять, начался новый цикл или все еще продолжается старый. Как сообщил Игорь Никулин, "в конце 2007 года на Солнце появились 2-3 группы маленьких пятен другой полярности". Это дало астрономам основания полагать, что к весне 2008 года начнется рост солнечной активности следующего цикла. Однако этого не произошло: пятна так и не развились, они просто-напросто исчезли. "Сейчас Солнце совершенно пустое, на нем наблюдать даже нечего - ни волокон, ни пятен, ни вспышек. Мы находимся в глубоком минимуме", - рассказал ученый.

Готовьте валенки

Вспышка на Солнце, зарегистрированная при помощи радиоэлектронного телескопа

Подобное развитие событий и вызвало тревогу в среде астрономов. "Дело в том, что более длительные циклы, например вековые, модулируя амплитуду 11-летнего цикла, приводят к возникновению грандиозных минимумов", - рассказал Юрий Наговицын. Таковых современной науке известно несколько: минимум Вольфа (начало XIV века), минимум Шперера (вторая половина XV века) и минимум Маундера (вторая половина XVII века).

Ученые предположили: конец 23-го цикла, по всей вероятности, совпадает с окончанием векового цикла солнечной активности, максимум которого был в 1957 году. Об этом, в частности, свидетельствует и кривая относительных чисел Вольфа, приблизившаяся к минимальной отметке в последние годы. Косвенным свидетельством суперпозиции является и затягивание 11-летнего. Сопоставив факты, ученые поняли, что, судя по всему, совокупность факторов свидетельствует о приближающемся грандиозном минимуме. Поэтому если в 23-м цикле активность Солнца составила около 120 относительных чисел Вольфа, то в следующем она должна быть около 90-100 единиц, предполагают астрофизики. Далее активность снизится еще сильнее.

Какие же последствия ждут Землю? Оказывается, именно во время грандиозных максимумов и минимумов солнечной активности на Земле наблюдались крупные температурные аномалии. Ученые не склонны сводить климатические изменения исключительно к какому-то одному фактору, будь то солнечная активность или концентрация в атмосфере парниковых газов. "Климатообразующая система Земли весьма сложна и включает в себя атмосферу, литосферу (подстилающую поверхность), гидросферу (Мировой океан), криосферу (ледники) и биосферу. Климат определяется взаимодействием этих факторов, различным в разных регионах, причем с множеством обратных связей. Вклад же изменений солнечной активности в эту систему, по нашим оценкам, не превышает в среднем 20 процентов, хотя и достигает 50 процентов для вариаций, определяющих картину грандиозных максимумов и минимумов", - рассказал Юрий Наговицын.

Тем не менее расчеты показывают, что жителей Земли может ожидать понижение среднего уровня солнечной активности в первой половине XXI века и локальный минимум глобальной температуры в его середине. Грядущий грандиозный минимум не повлияет на Землю так сильно, как, например, минимум Маундера, когда наступил так называемый малый ледниковый период. Однако, как предполагает Игорь Никулин, "примерно через 40 лет на фоне очень низкой солнечной активности наступит довольно существенное похолодание, в среднем на 1-1,5 градуса".

Стоит отметить, что до сих пор ученые так и не пришли к общему мнению, каким образом солнечная активность влияет на земной климат. Существуют разные гипотезы. Наиболее обоснованными выглядят две. Первая связывает перемены климата с изменением общего потока солнечного излучения. Вторая использует для объяснения эффект изменения величины облачности в земной атмосфере (а следовательно, и ее отражательной способности для падающего излучения). При этом работает так называемый кондиционный механизм. За счет поступающих заряженных частиц в ионосфере Земли на высоте 10 километров происходит дополнительная ионизация. Это приводит к конденсации водяного пара. Меняются облачность, направление воздушных потоков, а следовательно, и климат.

Несмотря на то что механизмы влияния солнечной активности на земную погоду еще не до конца изучены и вызывают споры среди ученых, климатологи все же признают важность солнечного фактора. Это подтвердил "Итогам" специальный советник генерального секретаря Всемирной метеорологической организации по Международному полярному году Эдуард Саруханян.

Сейчас ученые ждут появления признаков возобновления активности Солнца. "Уже начали появляться новые активные области, - рассказал "Итогам" директор Института земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн РАН Владимир Кузнецов, - они еще очень маленькие, но примерно через пять лет 24-й цикл достигнет своего пика". Последует ли за ним рекордный температурный минимум на Земле, пока не ясно. Солнце все-таки еще мало изучено, и многое из того, о чем говорят ученые, - это лишь гипотезы.

www.xoc2012.narod.ru