Солнце задаёт ритм всей планетарной системе. Примерно каждые 11 лет наша звезда доходит до турбулентного состояния и выбрасывает большое количества своего материала. После пика она постепенно успокаивается до тихой фазы, а затем процесс повторяется. Его знают как «солнечный цикл».
Этот аттракцион солнечной активности влияет на всю солнечную систему. Влияние заметно преимущественно на электронике космических аппаратов и на космонавтах, которые без должной защиты могут быть поражены солнечными частицами.
В гелиофизике понимание солнечных циклов является одной из давних мало решённых задач. По мере того, как мы движемся к Луне и Марсу, умение предсказывать солнечную погоду будет становиться всё более важно. Рассмотрим способы изучения циклов, которые применяют сейчас.
Пятна. Каждый день, когда погода преподносит безоблачное небо, команды наблюдателей по всему миру смотрят в свои телескопы в поиске солнечных пятен. Пятна — это области Солнца, которые являются основными источниками выбросов. Они, то появляются, то исчезают.
Сбор данных проводится очень просто. По факту мы смотрим не на Солнце, а на тень инструмента. Мы кладём бумагу всегда в одно и то же место и делаем зарисовки. Фиксируется результат карандашом по бумаге. Первые известные изображения таких пятен были китайскими зарисовками почти тысячелетней давности. После изобретения телескопа в XVII-веке начались привычные нам наблюдения. Сегодняшние исследователи используют ту же технологию. Пусть нам сейчас и доступны аппараты, способные видеть Солнце в гораздо лучших деталях, рисунки от руки уже много веков дают нам непрерывные наблюдения.
Сбор данных о количестве солнечных пятен ведётся гораздо дольше, чем любой другой, что позволяет учёным анализировать поведение Солнца за много-много солнечных циклов. Число пятен собирается со множества обсерваторий и усредняется. Во время каждого цикла оно поднимается от нуля до пика, а затем вновь спадает. Исследователи используют эти числа чтобы прогнозировать активность Солнце и расписание следующих циклов.
Солнечный максимум — период наивысшей активности, который меняется от цикла к циклу. Чем больше на Солнце пятен, тем чаще происходят солнечные бури любых типов, как вызывающие полярные сияния, так и способные повредить земные электросети.
Но количество пятен — далеко не единственный индикатор. Обычно их связывают с другими признаками. В начале каждого цикла солнечные пятна появляются у полюсов. Они живут от пары часов до пары суток. Солнечный минимум бывает тогда, когда пятен нет вовсе. По мере роста активности Солнца пятна образуются около экватора и живут недели и месяцы. Эти закономерности подсказывают природу солнечного цикла и переменчивость магнитного поля Солнца.
Да, у звезды как и у планеты есть магнитное поле с северным и южным полюсами. Но в отличии от нашего, солнечное поле гораздо более сложное, ведь звезда состоит из плазмы — заряженного газа, генерирующего электрические токи. Из-за вращения Солнца плазма у экватора движется быстрее чем на полюсах. Магнитные поля растягиваются, удлиняются и закручиваются. Затем пробиваются через поверхность звезды и создают пятна, более крупные чем наша планета. С развитием солнечного цикла возникает всё больше дыр, а магнитные поля запутываются всё сильнее, пока наконец на пике цикла магнитные поля не переворачиваются. Южный полюс становится северным и наоборот. Цикл спадает и начинается следующий. Учёные даже могут видеть результат таких переворотов при помощи космических зондов.
Если рассматривать чёрно-белые снимки магнитной активности Солнца, то можно заметить, что каждое пятно имеет рядом себе подобный контур. Это ничто иное, как положительный и отрицательный полюс. После образования они постепенно исчезают, однако же остатки магнитных полей движутся к солнечным полюсам, пока в какой-то момент каждый полюс не соберёт достаточно магнитных полей для переворота. После этого возникают новые группы пятен уже с обратной полярностью.
Для объявления нового солнечного цикла учёные ищут именно такие обратные пары солнечных пятен. Но переход между циклами медленный и запутанный. Они часто накладываются и создают мешанину из старых и новых пятен на поверхности. И окончательно понять, что начался новый цикл можно лишь тогда, когда число новых пятен перевесит число старых. Это занимает от полугода до года с момента фактического начала цикла.
И хотя пятна — один из лучших визуальных индикаторов, учёные недавно смогли открыть новый сигнал, который трудно поймать с Земли. Сила солнечных полюсов во время солнечного минимума помогает прогнозировать, насколько активным будет следующий цикл. После переворота полюсов исследователи начинают следить за ними активнее. Если в ближайшие годы магнитные поля на полюсах усиливаются, значит следующий цикл будет активнее. Если поля слабы, значит и активность будет гораздо меньшей.
Пусть мы и вполне успешно пользуемся этими индикаторами для изучения Солнца, это всё ещё очень сложный процесс. В конце концов детальные наблюдения у нас есть всего за 4 последних цикла. А учёные всё ещё изучают природу этих перемен, теперь они могут производить наблюдения не только, когда позволяет погода на Земле, но и через космические телескопы. Пока мы не соберём недостающие детали пазла, Солнце продолжит нас удивлять, пусть и с одиннадцатилетнем периодом.
