Целых одиннадцать дней на Солнце, вопреки известной поговорке, нет ни одного пятна. Это значит, что наша звезда вступает в период минимальной активности и в течение ближайшего года магнитные бури и рентгеновские вспышки станут редкостью. О том, что происходит с Солнцем, когда его активность вновь возрастет и чем объясняются эти спады и подъемы, мы попросили рассказать сотрудника Лаборатории рентгеновской астрономии Солнца ФИАН, доктора физико-математических наук Сергея Богачева.

Сегодня на Солнце пятен нет

Среднемесячное число Вольфа на Солнце - индекс, которым ученые измеряют число солнечных пятен - за первые три месяца 2018 года опустилось ниже значения 10. До этого в 2017 году оно держалось на уровне 10–40, в еще годом ранее в отдельные месяцы достигало 60. Одновременно на Солнце почти перестали происходить солнечные вспышки, а вместе с ними к нулю стремится и число магнитных бурь на Земле. Все это свидетельствует о том, что наша звезда уверенно движется в сторону очередного минимума солнечной активности - состояния, в котором она оказывается приблизительно каждые 11 лет.

Само понятие солнечного цикла (а под ним понимается как раз периодическая смена максимумов и минимумов солнечной активности) является фундаментальным для физики Солнца. Вот уже более 260 лет, с 1749 года, ученые в ежедневном режиме следят за Солнцем и аккуратно записывают положение солнечных пятен и, конечно же, их число. И, соответственно, вот уже более 260 лет на этих кривых наблюдаются периодические изменения, чем-то похожие на биение пульса.

Каждому такому «удару солнечного сердца» присваивают номер, и всего с момента начала наблюдений таких ударов наблюдалось 24. Соответственно, именно столько солнечных циклов пока знакомо человечеству. Сколько же их было всего, существуют ли они все время, пока существует Солнце, или появляются эпизодически, меняется ли их амплитуда и продолжительность и какую длительность, например, имел солнечный цикл во времена динозавров - на все эти вопросы ответа нет, равно как на вопрос, характерен ли цикл активности для всех звезд солнечного типа или существует лишь на некоторых из них, и если существует, то будут ли две звезды с одинаковым радиусом и массой иметь одинаковый период цикла. Мы не знаем и этого.

Таким образоом, солнечный цикл относится к наиболее интересным солнечным тайнам, и хотя мы достаточно много знаем о его природе, все же многие фундаментальные его основы для нас все еще являются загадкой.

График солнечной активности, измеренной по числу пятен на Солнце, за всю историю наблюдений

Солнечный цикл тесно связан с наличием у Солнца так называемого тороидального магнитного поля. В отличие от земного магнитного поля, имеющего вид магнита c двумя полюсами - север и юг, линии которого направлены сверху вниз, на Солнце есть особый вид поля, который отсутствует (или неразличим) на Земле - это два магнитных кольца с горизонтальными линиями, которые опоясывают Солнце. Одно располагается в северном полушарии Солнца, а второе в южном, примерно симметрично, то есть на таком же расстоянии от экватора.

Основные линии тороидального поля лежат под поверхностью Солнца, но часть линий может всплывать на поверхность. Именно в этих местах, где магнитные трубки тороидального поля пробивают солнечную поверхность, и возникают солнечные пятна. Таким образом, число пятен в некотором смысле отражает мощность (или более точно - поток) тороидального магнитного поля на Солнце. Чем сильнее это поле, тем крупнее пятна, тем больше их число.

Соответственно, из того, что раз в 11 лет пятна на Солнце исчезают, можно сделать предположение, что раз в 11 лет на Солнце исчезает тороидальное поле. Да, так оно и есть. И собственно это - периодическое появление и исчезновение солнечного тороидального поля с периодом 11 лет - и является причиной солнечного цикла. Пятна же и их число лишь являются косвенными признаками этого процесса.

Почему же солнечный цикл измеряется по числу пятен, а не по силе магнитного поля? Ну, хотя бы потому, что в 1749 году магнитное поле на Солнце наблюдать, конечно, не могли. Магнитное поле Солнца было обнаружено лишь в начале XX века американским астрономом Джорджем Хейлом, изобретателем спектрогелиографа - прибора, способного с высокой точностью измерять профили линий солнечного спектра, и в том числе наблюдать их расщепление под действием эффекта Зеемана. Собственно, это было не только первое измерение поля Солнца, а вообще первое обнаружение магнитного поля у внеземного объекта. Так что астрономам XVIII-XIX веков только и оставалось, что наблюдать солнечные пятна, и у них не было никакой возможности даже догадаться об их связи с магнитным полем.

Но почему тогда пятна продолжают считать в наши дни, когда развита многоволновая астрономия, в том числе наблюдения из космоса, которые, конечно, дают много более точную информацию о солнечном цикле, чем простой подсчет числа Вольфа? Причина очень проста. Какой бы современный параметр цикла вы ни измерили и как бы точен он ни был, эту цифру нельзя будет сравнить с данными XVIII, XIX, да и большей частью XX века. Вы просто не поймете, насколько сильным или слабым является ваш цикл.

Последний цикл солнечной активности

SILSO data/image, Royal Observatory of Belgium, Brussels

Единственный способ такого сравнения - это посчитать число пятен, причем точно тем же методом и по точно той же формуле, что и 200 лет назад. Хотя возможно, что лет через 500, когда будут накоплены значительные ряды новых данных о числе вспышек, о потоках радиоизлучения, ряд чисел пятен окончательно утратит актуальность и сохранится лишь как часть истории астрономии. Пока же это не так.

Знание природы солнечного цикла позволяет делать некоторые предсказания о числе и расположении пятен на Солнце и даже точно определить момент, когда начинается новый солнечный цикл. Последнее утверждение может показаться сомнительным, так как в ситуации, когда число пятен снизилось почти до нуля, кажется невозможным уверенно утверждать, что пятно, которое было вчера, относилось к предыдущему циклу, а пятно сегодня - уже часть нового цикла. Тем не менее такой способ есть, и он связан именно со знанием природы цикла.

Так как солнечные пятна возникают в тех местах, где поверхность Солнца пробивают линии тороидального магнитного поля, то каждому пятну можно присвоить некую магнитную полярность - просто по направлению магнитного поля. Пятно может быть «северным» или «южным». Более того, так как трубка магнитного поля должна пробивать поверхность Солнца в двух местах, то и пятна должны преимущественно образовываться парами. При этом пятно, образовавшееся в месте, где линии тороидального поля выходят из поверхности, будет иметь северную полярность, а парное ему пятно, образовавшееся там, где линии уходят обратно - южную.

Поскольку тороидальное поле опоясывает Солнце как кольцо и направлено горизонтально, то и пары пятен ориентированы на диске Солнца преимущественно горизонтально, то есть располагаются на одной широте, но одно впереди другого. А так как направление линий поля во всех пятнах будет одинаковое (они ведь образованы одним магнитным кольцом), то и полярности всех пятен будут ориентированы одинаково. Например, первое, ведущее, пятно во всех парах будет северным, а второе, отстающее, южным.

Структура магнитных полей в районе солнечных пятен

Такой шаблон будет поддерживаться все время, пока существует данное кольцо поля, то есть все 11 лет. В другом же полушарии Солнца, где располагается симметричное второе кольцо поля, полярности также будут сохраняться все 11 лет, но иметь обратную направленность - первые пятна будут наоборот южными, а вторые - северными.

Что же происходит, когда меняется солнечный цикл? А происходит достаточно удивительная вещь, называемая переполюсовкой. Северный и южный магнитные полюса Солнца меняются местами, а вместе с ними меняется и направление тороидального магнитного поля. Сначала это поле проходит через ноль, это-то и называется солнечным минимумом, а затем начинает восстанавливаться, но уже с другим направлением. Если в предыдущем цикле передние пятна в каком-то полушарии Солнца имели северную полярность, то в новом цикле они уже будут иметь южную. Это и позволяет отличить друг от друга пятна соседних циклов и уверенно зафиксировать момент, когда начинается новый цикл.

Если же возвратиться к событиям на Солнце прямо сейчас, то мы наблюдаем процесс умирания тороидального поля 24-го солнечного цикла. Остатки этого поля все еще существуют под поверхностью и даже иногда всплывают наверх (в эти дни мы видим отдельные слабые пятна), но в целом это последние следы умирающего «солнечного лета», как отдельные последние теплые дни в ноябре. Несомненно, что уже в ближайшие месяцы это поле окончательно умрет и солнечный цикл достигнет очередного минимума.

Графики на этой странице отображают динамику активности Солнца в период текущего солнечного цикла. Таблицы обновляются каждый месяц SWPC с последними прогнозами ISES. Наблюдаемые значения представляют собой временные значения, которые заменяются конечными данными, когда они доступны. Все графики на этой странице могут быть экспортированы в виде файлов JPG, PNG, PDF или SVG. Каждый набор данных может быть включен или выключен, щелкнув соответствующее описание под каждым графом.

Количество солнечных вспышек C, M и X-класса в год

На этом графике показано количество солнечных вспышек C, M и X-класса, которые произошли в течение заданного вами года. Это дает представление о количестве солнечных вспышек по отношению к числу солнечных пятен. Таким образом, это еще один способ увидеть как эволюционирует солнечный цикл с течением времени. Эти данные поступают из SWPC NOAA и обновляются ежедневно.

На приведенном ниже графике показано количество солнечных вспышек C, M и X-класса, которые произошли в течение последнего месяца вместе с количеством солнечных пятен каждого дня. Это дает представление о солнечной активности в течение последнего месяца. Эти данные поступают из SWPC NOAA и обновляются ежедневно.

Количество безупречных дней в году

В периоды низкой солнечной активности на поверхности Солнца могут полностью отсутствовать солнечные пятна, такое состояние Солнца считается безупречным. Это часто бывает во время солнечного минимума. На графике показано количество дней в течение определенного года, когда на поверхности Солнца отсутствовали пятна.

Кол-во дней в году когда наблюдались геомагнитные бури

На этом графике показано количество дней в году когда наблюдалась геомагнитные бури и насколько сильными были эти бури. Это дает представление о том, в какие годы было много геомагнитных бурь и динамика их интенсивности.

Солнце является лучшим аргументом против скепсиса по поводу перемены климата, оно оказывает намного большее влияние на температуру воздуха на Земле, чем предполагалось ранее. Для примера приводится Минимум Маундера, когда между 1645 и 1715 годами снизилось число солнечных пятен, и, как следствие, интенсивность солнечных лучей. Это время было названо Малым ледниковым периодом, с 16 по 19 века зимы были крайне холодными.На конференции американского астрономического общества (AAS) в городе Лас-Крузес в американском штате Нью-Мексико ученые представили три различных исследования, приведшие к одному и тому же результату: солнце, возможно, снова находится перед продолжительной фазой отдыха. «Настоящий максимум может быть последним в течение нескольких последующих десятков лет», - сказал Франк Хилл из Национальной солнечной обсерватории (NSO) США. «Это окажет влияние на все, начиная от космических полетов до климата Земли», - пишет корреспондент журнала Spiegel Маркус Бекер.

Число солнечных пятен является индикатором активности Солнца, которая повышается и ослабевает в пределах 11-летнего цикла. В настоящее время цикл номер 24 приближается к своей заключительной фазе и своему максимуму, после чего наступит период стабилизации.

На конференции ученые представили исследования внутреннего строения Солнца, его поверхности и короны. Группа ученых NSO под руководством Хилла проанализировала данные Global Oscillation Network Group, высчитав процессы, происходящие внутри Солнца, исходя изего пульсации.

«Начало настоящего цикла можно успешно предсказать таким методом, и мы ожидали признаки начала нового, 25-го цикла, - сказал Хилл, - но никаких признаков мы не обнаружили». Это указывает на то, что 25 цикл, возможно, начнется только в 2021 или 2022 году, или даже выпадет совсем. «Это очень необычно», - говорит Хилл.

Во втором исследовании ученые Мэтт Пенн и Уильям Ливингстон представили данные, свидетельствующие о последовательном ослабления солнечных пятен. Исследователи проанализировали данные более чем за 13 лет. Их прогноз: до начала следующего солнечного цикла магнитные поля Солнца, распространяющиеся во Вселенную, будут так слабы, что образование солнечных пятен будет почти невозможно.

Ричард Альтрок из исследовательской программы по изучению короны Солнца, проводимой военно-воздушными силами США воспользовался данными NSO за 40 лет. Он установил, что горячие области короны Солнца все медленней движутся в сторону полюсов. «Эти прекрасные, филигранные формы являются жесткими магнитными структурами, имеющими корни глубоко внутри звезды, - сказал Альтро. - Происходящее в короне указывает на перемены глубоко внутри Солнца».

Мы с вами знаем, что солнечная активность циклична и каждый цикл длится примерно 11 лет. За это время Солнце из состояние полной спячки просыпается, набирает силу. Затем постепенно входит в состояние полной активности и радует нас большим числом сильных вспышек. Ну а позже опять начинает засыпать, пока совсем не останавливает свою активность.

Аудио-выпуск передачи

http://sun-helps.myjino.ru/sop/20181226_sop.mp3

Сейчас мы с вами находимся на пороге нового 25го солнечного цикла, который начинается на наших глазах. Признаки его начала уже наблюдаются в южном полушарии Солнца. Ранее, около месяца назад, похожие процессы были обнаружены в северном полушарии. Тем самым переход от минимума активности Солнца к фазе роста запущен уже в глобальном масштабе, как на севере, так и на юге нашей звезды. В новый 2019 год Солнце решило вступить, полностью обновившись, как бы соответствуя земному солнцестоянию. Впрочем, вспышек и пятен придется ждать еще от нескольких месяцев до года.

На Земле магнитное поле является единым и имеет общепланетарный характер. У Солнца же есть два магнитных пояса - один располагается в северном полушарии, другой в южном. При этом, если на Земле линии магнитного поля направлены вертикально с юга на север, то в солнечных магнитных поясах они расположены горизонтально, параллельно экватору, и опоясывают Солнце по кругу.

Возникает вопрос, насколько два магнитных пояса Солнца зависят друг от друга или они развиваются независимо? Оба пояса формируются одним процессом - вращением Солнца. Однако, солнечный цикл обычно идёт по-разному на севере и на юге - он может все 11 лет быть сильнее в одном поясе, и слабее в другом. Моменты начала цикла в северном и южном полушариях также могут различаться. Так в прошедшем, 24 солнечном цикле, более активным было северное полушарие, где происходило наибольшее число вспышек.

Около месяца назад именно в этом, северном, полушарии были обнаружены магнитные потоки с иным направлением линий поля, отличным от направления, характерного для 24 цикла. Эти потоки стали свидетельством того, что на севере Солнца процесс формирования нового цикла запущен, и теперь остаётся только ждать, когда он начнет разворачиваться в полную силу. В южном полушарии Солнца всё это время сохранялось прежнее направление линий поля без каких-либо намёков на изменения. И вот недавно, 16 декабря, в южном полушарии Солнца также всплыл новый магнитный поток 25 цикла. Хотя в таких случаях всегда возможен элемент случайности, однако этот поток вполне стабилен. Можно говорить, что это, действительно, начало формирования 25 цикла в южном полушарии.

Следует понимать, что первые признаки пока не говорят о масштабном начале нового цикла, подобно тому как первый снег не означает начала зимы, а первые плюсовые температуры — начала лета. Пока это лишь свидетельствует, что процессы начала нового цикла запущены, причем в глобальном масштабе, и на севере, и на юге Солнца, а также, что они развиваются по традиционному сценарию. Действительное начало цикла стоит ожидать не ранее лета 2019 года.

Новый год жители Земли встретят в спокойных геомагнитных условиях, близких к идеальным. Колебания магнитного поля с первого выходного дня, 30 января 2018, до 3 января 2019 гола, будут соответствовать природному естественному уровню изменения поля Земли. При этом новогодняя ночь станет одной из самых спокойных за весь год. Слабое увеличение магнитных колебаний возможно только 4 января в связи с небольшим ростом скорости солнечного ветра, однако продлится оно не более нескольких часов. После чего обстановка снова станет комфортной. Второй слабый рост геомагнитного фона возможен по прогнозу уже после окончания каникул, 16 января, но так же не должен продолжаться более 3-6 часов.

Вот так чувствует себя в данный момент наше великое Солнце, дорогие слушатели. Мы с нетерпением ждем пробуждения нашего великого светила, вместе с которым начнет пробуждаться и наш огненный дух!

Ученые из Лаборатории рентгеновской астрономии Солнца Физического института им. П.Н. Лебедева РАН (ФИАН) зафиксировали на звезде области с магнитным полем иной направленности, отличающейся от той, которая была последние 11 лет. По мнению астрофизиков, это свидетельствует о приближении нового цикла солнечной активности. Об этом сообщает сайт лаборатории.

Возможные магнитные поля нового 25 солнечного цикла
Фотография получена телескопом HMI на спутнике SDO 08.11.2018 года.

Активность Солнца меняется с определенной периодичностью под влиянием магнитного поля звезды. Эти периоды называются солнечными циклами. Изменение магнитного поля Солнца связано с динамо-механизмом, или солнечным динамо . В ходе цикла линии магнитного поля меняют свои направления: сначала они располагаются вдоль меридианов, а при достижении максимума активности сменяются направленными вдоль параллелей. В этот период число пятен на звезде достигает максимума. Затем вновь линии возвращаются в «вертикальное» положение, однако противоположное по направлению начальному. Весь процесс занимает около 11 лет, поэтому и получил название 11-летнего солнечного цикла. А поскольку в минимуме солнечного цикла глобальное магнитное поле звезды меняет свое направление, для его возврата в начальное положение необходимо, чтобы прошел 22-летний цикл.

В России ведущим центром изучения солнечной активности является Лаборатория рентгеновской астрономии Солнца. Ее сотрудники ведут мониторинг и анализ солнечной активности при помощи разработанного в лаборатории комплекса космических телескопов ТЕСИС. Эта аппаратура установлена на борту российского спутника КОРОНАС-ФОТОН, запущенного в 2009 году с космодрома Плесецк. Благодаря ТЕСИС ученые получили более полумиллиона новых изображений солнечной короны, солнечных вспышек, выбросов корональной массы и иных явлений.

Так, 8 ноября при помощи ТЕСИС ученые зарегистрировали на Солнце область магнитного поля иной направленности . Она появилась далеко от экватора и просуществовала около суток. Затем 17 ноября примерно на тех же широтах появился новый магнитный поток такой же направленности, как и 8 ноября. Сейчас он уже почти разрушен, но его следы еще видны на диске Солнца.

Астрофизики связывают появление этих областей со скорым началом нового солнечного цикла. Магнитные поля на Солнце формируются на большой глубине и «всплывают» на поверхность очень медленно. Как правило, «первыми ласточками» нового цикла становятся такие небольшие магнитные острова, сумевшие прорвать толщу солнечной плазмы глубиной более 200 000 км.

После этого события могут начать развиваться по разным сценариям. Возможен медленный рост активности в течение двух-трех лет. Но может быть и резкий подъем за полгода-год, после чего начнется серия вспышек - колоссальных выбросов энергии и повышения уровня рентгеновского и ультрафиолетового излучения Солнца. Когда поток высокоэнергетических частиц доходит до Земли, он может вызвать магнитные бури. Они, в свою очередь, могут привести к перегрузкам в электросистемах и нарушить радиосвязь.