Солнечный цикл

Одни явления на поверхности Солнца длительное время остаются постоянными, другие могут меняться. Самые заметные среди них – солнечные пятна. Это участки на поверхности Солнца; в которых температура примерно на 2000 °С ниже, чем окружающая среда. Периодически Солнце покрыто целой сетью пятен. Однако в другое время видимая фотосфера Солнца кажется однородной, без пятен. Фактически солнечные пятна были обнаружены до изобретения телескопа – наблюдателями, осмелившимися взглянуть на Солнце, когда оно было затемнено атмосферой Земли на закате или во время пылевой бури.

Самые ранние наблюдения солнечных пятен сделаны китайскими астрономами в 28 году до н. э., но лишь в XVI веке итальянский астроном Галилей, умевший безопасно наблюдать Солнце, проектируя его изображение через примитивный телескоп, правильно предположил, что солнечные пятна являются особенностями самого диска Солнца.

С увеличением количества солнечных пятен становится больше и других явлений на Солнце. Например, протуберанцы из прохладного плотного газа формируют петли над солнечными пятнами. Также повышается число явлений, напрямую не связанных с пятнами: солнечных вспышек и корональных выбросов массы. На пике своей активности солнечная корона может расширяться, становясь турбулентной.

ЗАКОНОМЕРНОСТИ

Все эти изменения придерживаются солнечного цикла, продолжительность которого – около 11 лет. Впервые цикл был обнаружен Генрихом Швабе в начале XIX века, но более ранние записи наблюдений солнечных пятен помогли отследить циклы их появления до 1740-х годов.

Во время солнечного цикла меняется не только степень активности, но и местонахождение ее очагов на Солнце. В начале цикла на высоких широтах вдали от экватора появляются первые солнечные пятна. По мере роста их общего числа они начинают сдвигаться к экватору. К моменту максимума солнечной активности, через 4 года после начала цикла, они сосредотачиваются на широте 15° к северу и югу. Затем количество солнечных пятен уменьшается, но они продолжают движение к экватору. Через 7 лет после максимума активности их количество падает до минимума.

МАГНИТНЫЕ ПЯТНА

Детальные снимки Солнца выявили, что внешние края солнечных пятен напоминают узор из железных опилок в магнитном поле. В связи с этим возникло предположение, что за многими формами солнечной активности стоит такая движущая сила, как магнетизм.

В начале 1900-х годов американский астроном Джордж Эллери Хейл при помощи новооткрытого эффекта Зеемана подтвердил, что солнечные пятна являются зонами сильного магнетизма. Более того, их можно разделить на пары противоположных полярностей – одно пятно на севере, а другое на юге, причем одно из них доминирует, а второе является ведомым. В рамках солнечного цикла все ведущие пятна находятся ближе к полюсу, а во время следующего цикла – ближе к экватору. Поэтому для возвращения Солнца в первоначальное состояние необходимо два 11-летних цикла (этот период известен как цикл Хейла).

СОЛНЕЧНЫЙ МАГНЕТИЗМ

В отличие от Земли, магнитное поле Солнца возникает не в ядре, а во внешних слоях. В конвективной зоне постоянно перемешаются огромные потоки бурлящей плазмы (электрически заряженного газа), своим движением создающие индуцированное магнитное поле подобно тому, как электрический ток возникает в велосипедном генераторе или динамо-машине.

Расплавленные недра таких планет, как Земля, вращаются как твердые тела и поэтому генерируют более-менее стабильное магнитное поле. А в конвективной зоне Солнца наблюдается неравномерное вращение. Это вызывает появление огромной движущей силы между разными участками солнечной поверхности и прямыми магнитными силовыми линиями, тянущимися с севера на юг через внешние слои и опоясывающими все Солнце. Постепенно они вытягиваются в диагональные линии, продолжающие искривляться с каждым оборотом Солнца.

ПОВТОРЯЮЩИЙСЯ ЦИКЛ

Разрывы в солнечной поверхности искажают магнитное поле. Возникающее взаимодействие между разными участками приводит к выбросу из него витых петель. Они и являются причиной солнечных пятен. Дальнейшие  возмущения в магнитном поле вызывают их смещение к экватору и рост их количества. Приближаясь к экватору, пары противоположно заряженных солнечных пятен нейтрализуют друг друга, что разрушает магнитное поле Солнца, уменьшает число солнечных пятен и снижает общий уровень солнечной активности. Через 11 лет после начала цикла общее магнитное поле Солнца исчезает, а потом восстанавливается с противоположной полярностью, заново начиная цикл.

ТАЙНЫ СОЛНЕЧНОГО ЦИКЛА

Может сложиться впечатление, что солнечный цикл очень точно и досконально изучен. Это не так. Продолжительность циклов может значительно отличаться, а интенсивность максимума солнечной активности еще менее предсказуема.

На протяжении нескольких десятилетий в конце XVII века солнечных пятен было крайне мало. Данный период снижения солнечной активности, известный как минимум Маундера, совпал с Малым ледниковым периодом на Земле. Это свидетельствует о том, что Солнце горячее, когда покрыто солнечными пятнами. Происходит это благодаря множеству небольших ярких пятен, или факелов, возникающих вокруг каждого темного солнечного пятна.

Отклонение от обычного солнечного цикла – всего лишь один из нескольких феноменов, показывающих, как много нам еще предстоит узнать о Солнце. В последующих выпусках мы расскажем подробнее об этих солнечных тайнах.