RW Space

С Солнцем происходит что-то странное.

Пока почти каждый день в 2022 году на нем происходили вспышки и выбросы корональной массы, некоторые из которых были самыми мощными извержениями, на которые способна наша звезда. .

Само по себе извержение Солнца не является чем-то странным. Он извергается регулярно, поскольку проходит через периоды высокой и низкой активности в циклах, которые длятся примерно 11 лет.

Текущая активность значительно выше, чем официальные прогнозы НАСА и NOAA для текущего солнечного цикла, и солнечной активности. активность последовательно превышала прогнозы еще в сентябре 2020 года. Но ученый-солнечный скажет вам, что даже это не так уж и странно.

«Мы не можем надежно предсказывать солнечные циклы», – солнечный астрофизик Майкл. Уитленд из Сиднейского университета, Австралия, сообщил ScienceAlert.

«Мы не до конца понимаем солнечное динамо, которое генерирует магнитные поля, видимые на поверхности в виде солнечных пятен, и которые вызывают вспышки. нерешенные проблемы астрофизики; неточность предсказания неудивительна.»

Неудивительно, конечно. Но что, если само отсутствие неожиданности — то, что мы ожидаем плохого предсказания солнечных циклов — означает, что нам нужно полностью переосмыслить то, как мы это делаем? Что, если мы основываем наши прогнозы на неверном показателе?

От 11 до 22 лет

Солнечные циклы оказывают огромное влияние на Солнечную систему, но изучены относительно плохо. Ученые установили, что они, по-видимому, неразрывно связаны с солнечным магнитным полем, которое изгибается по поверхности нашего Солнца изгибами, завихрениями и петлями.

Примерно каждые 11 лет магнитные полюса Солнца переворачиваются, север становится на юг и наоборот. Это переключение совпадает с так называемым солнечным максимумом, характеризующимся пиком активности солнечных пятен, вспышек и выброса корональной массы (CME).

Изображение Солнца от октября 2014 г., показывающее, как появляются солнечные пятна в бандах. (NASA/SDO)

После этого изменения активность снижается, а затем снова достигает пика. Это то, где мы сейчас находимся — фаза эскалации текущего цикла, 25-я с момента начала подсчета.

Циклы активности характеризуются и прогнозируются на основе одной метрики: количества солнечных пятен, наблюдаемых на Солнце. Это временные области, где магнитные поля особенно сильны, что способствует возникновению вспышек и КВМ. Они выглядят как темные пятна, потому что магнитное поле препятствует потоку горячей плазмы, и впоследствии эти области становятся холоднее и тусклее, чем их окружение.

По словам солнечного физика Скотта Макинтоша из Национального центра атмосферных исследований США, предсказывать солнечные циклы на основе того, сколько солнечных пятен мы насчитали, — проблема.

«Цикл солнечных пятен — это не первичная вещь. Это второстепенная вещь», — сказал он ScienceAlert. «И то, как написан канон, как написаны учебники, как представлена ​​солнечная активность, она изображается как первичная».

«Проблема в том, что на самом деле это не так, и основной цикл Хейла , 22-летний магнитный цикл, является основным. А цикл солнечных пятен — лишь малая часть этой более широкой картины».

Цикл Хейла был открыт в начале 20 века американским астрономом Джорджем Эллери Хейлом. Он состоит из двух 11-летних циклов солнечных пятен: время, за которое полюса дважды меняются местами, возвращаясь в исходное положение.

Циклы Хейла, в отличие от 11-летних, наблюдаются в ряде явлений.Это смена магнитных полярностей солнечных пятен и солнечных магнитных полюсов, а также интенсивность галактических космических лучей на Земле.

Солнечная активность затрудняет достижение Земли космическими лучами, но нечетные и четные солнечные циклы имеют различные формы волн космического излучения. Это объясняется полярностью солнечного магнитного поля.

Объяснение солнечных пятен

Важно понимать, что на самом деле мы не имеем четкого представления о том, что происходит внутри Солнца. Считается, что солнечное магнитное поле создается динамо внутри звезды, вращающаяся, конвекционная и электрически проводящая жидкость, которая преобразует кинетическую энергию в магнитную энергию, раскручивая магнитное поле в пространстве вокруг Солнца.

Если да, то что вызывает солнечные пятна? Ну, согласно современным моделям, они связаны с вращением Солнца. Солнечный экватор вращается быстрее, чем полюса. Если бы прямые линии магнитного поля, идущие в продольном направлении, тянулись вместе с этим вращением, они растянулись бы и в конечном итоге запутались, создавая временные локализованные области сильных магнитных полей или солнечные пятна.

Это, согласно Макинтош, основывается на том, что магнитное поле является пассивным.

«У вас есть очень сложная система внутри Солнца. Как и все физические системы, мы делаем упрощения или приближения, чтобы попытаться понять, что происходит», — объяснил он. .

«Около 60 лет назад они сделали приближение к магнитным полям — они были малы по сравнению с жидкостями на Солнце. Поэтому, когда Солнце вращается, как наша планета, вращение движет циркуляцию, нагрев атмосферы движет циркуляцию, и при всей этой циркуляции магнитные поля просто увлекаются и с циркуляцией.»

Анимации, которые показывают этот эффект, очень хорошо согласуются с данными наблюдений за солнечными пятнами, с начальными магнитными полями, появляющимися примерно на 30 градусах широты. Но, по словам Макинтоша и его коллег, это потому, что модель была создана, чтобы объяснить именно это и только это.

И есть альтернативное объяснение: солнечные пятна представляют собой интерференционную картину, генерируемую магнитными полями Земли. перекрывающиеся циклы Хейла.

Макинтош и его коллеги впервые заметили закономерность, появляющуюся в данных о солнечных пятнах в 2011 году, перекрывающуюся так называемую диаграмму бабочки. Это графики, отображающие появление солнечных пятен по широте с течением времени.

Анимация, показывающая, как противоположно поляризованные волны, проявляющиеся в виде солнечных пятен, заканчиваются на экваторе, когда появляется новая волна. (Скотт Макинтош/NCAR)

Как только они заметили это, исследователи искали и изучали как можно больше исторических данных о солнечных пятнах, до которых они могли дотянуться. до 1860-х годов.

Они обнаружили, что это совпадение продолжает появляться. Ближе к концу одного цикла солнечных пятен, когда солнечные пятна становятся все ближе и ближе к экватору, в средних широтах можно наблюдать появление солнечных пятен следующего цикла.

Исследователи обнаружили, что это показательно: противоположно поляризованных полос магнитной активности, циклически пересекающих Солнце; они были бы ответственны за цикл солнечных пятен, но не управлялись бы им. Более того, циклы могут взаимодействовать; когда два цикла противоположной полярности перекрываются, они мешают друг другу.

В результате этого магнитные системы взаимно подавляют образование солнечных пятен, и наступает период минимальной активности солнечных пятен.

«Цикл солнечных пятен является результатом взаимодействия между этими более крупными магнитными циклами», — сказал Макинтош в интервью ScienceAlert. «Другими словами, это похоже на интерференционную картину. Магнитные поля все время стремятся компенсировать друг друга».

Больше данных, всегда больше данных

На основании результатов исследования «интерференционная картина», Макинтош и его команда пришли к прогнозам текущего солнечного цикла, которые больше соответствуют текущим наблюдениям, чем официальные прогнозы, основанные на подсчете солнечных пятен.

Однако все это теоретически. эта стадия.

Мы до сих пор не знаем, например, что движет полосами магнитной активности на Солнце; исследователи думают, что это могут быть гравитационные волны, но у нас недостаточно информации, чтобы сказать об этом на данный момент.

«Идеи Скотта Макинтоша интересны, и Макинтош/Лимон [это Роберт Лимон из Прогноз Института планетарной гелиофизики имени Годдарда при Университете Мэриленда] ближе, чем официальный на данном этапе, к циклу 25. Однако он не основан на физической модели. Я сомневаюсь, что он обладает большей прогностической силой, чем другие подходы к прогнозированию, основанные на наблюдениях. », — сказал Уитленд в интервью ScienceAlert.

Чтобы узнать больше, нам понадобится больше данных, для получения которых потребуется время. По словам Макинтоша, это означает смотреть на высокие широты Солнца, вблизи полюсов, по мере того, как формируется новый цикл.

Мы обычно не видим солнечные полюса из-за положения Земли вокруг Солнца. экватор; но солнечный орбитальный аппарат Европейского космического агентства пролетит как раз в то время, когда начнется новый цикл.

Макинтош считает, что есть что-то в том факте, что предсказание его команды ближе к тому, как разыгрывается 25-й солнечный цикл. По крайней мере, идеи команды заслуживают более пристального изучения и серьезного изучения.

«Мы почти 10 лет были на высоте, но это не распространяется в научном сообществе», – сказал он. .

«Этот солнечный цикл предоставил возможность. Поскольку наш прогноз был настолько диаметрально противоположен тому, что показывала панель консенсуса, это означает, что, если мы окажемся рядом, нам действительно нужно еще раз взглянуть о том, как звезды создают магнитные поля.

«Возможно, это ближе к тому, как мы это видим, а не к старому. И это может быть гибрид, некая смесь двух. Вероятно, так оно и есть.»

Последняя статья его команды о солнечных циклах была опубликована в журнале Frontiers in Astronomy and Space Sciences.