Гадание на Солнце

Двадцать пятый солнечный цикл (отсчет ведется с 1755 года) начался в декабре 2019 года. В чем его интрига? В интенсивности, которую меряют количеством пятен на Солнце. Дело в том, что два предыдущих цикла нарушили все закономерности, они были очень слабы, пятен было мало, и у гелиофизиков, а следом за ними и у климатологов возник закономерный вопрос: а не вошла ли Солнечная система в длительный период слабого Солнца? Ослабление солнечной активности снижает температуру планеты, как это было во время так называемых Маундеровского и Дальтонова минимумов; они привели соответственно к малому ледниковому периоду в XVII веке и к похолоданию начала XIX века.

Поверхность спокойного Солнца разбита на конвективные ячейки. В центре поднимается горячая плазма, которая охлаждается и стекает назад по границам ячейки. На границах ячеек видны яркие пятнышки, это маркеры мощных магнитных полей. Есть мнение, что именно с их помощью основная часть тепла внутренних областей Солнца передается к его короне. Площадь ячейки — за полмиллиона квадратных километров. В качестве наглядного масштаба авторы фото привели в левом нижнем углу территорию США Фото: NSO/AURA/NSF

Как всякому понятно, вопрос не праздный. Если мы вступаем в ледниковый период, то глобальное потепление замедлится и увеличится лимит времени, отделяющий человечество от катастрофы с массовым затоплением территории промышленно развитых стран, обладающих ядерным оружием. Соответственно уже издано более сотни прогнозов на 25-й цикл.

В основе расчетов лежат два подхода. Один, так сказать, регрессионный — попытаться математическими методами продолжить в будущее имеющуюся зависимость числа пятен на Солнце от времени, благо имеются данные за 270 лет. Второй, модельный — добавить к этой регрессии физические данные о поведении Солнца в начале цикла и, опираясь на опыт прошлых измерений, постараться вытянуть из них дополнительные сведения о характере идущего цикла. В качестве таких данных берут, например, интенсивность солнечного ветра или сведения о возмущениях геомагнитного поля.

Солнечная активность меняется со временем весьма сложным образом

Как выглядит зависимость числа пятен от времени? Она довольно сложна, меняется периодически, и у нее можно выделить несколько периодов. Самый известный и заметный — около 11 лет. Именно с такой частотой число пятен на Солнце падает почти до нуля, затем растет до максимума и снова идет к нулю. А все остальные модулируют величину максимума, до которой поднимается активность светила в середине цикла. Поскольку число пятен сильно меняется как от дня ко дню, так и от месяца к месяцу, гелиофизики сглаживают кривую, используя скользящее значение числа пятен, рассчитанное как среднее за последние 13 месяцев. Именно это число будет фигурировать в дальнейшем.

На самом деле 11-летний цикл в какой-то степени фикция, это лишь половина реального цикла Хале, который длится 22 года. Именно с такой периодичностью происходит полная переполюсовка магнитного поля Солнца: 11 лет Северный магнитный полюс ползет на место Южного и, наоборот, а следующие одиннадцать лет они опять меняются местами. Как это сказывается на нас, землянах, неясно, но взаимная ориентация магнитных полей Земли и Солнца в четные и нечетные циклы оказывается противоположной. Это может иметь какие-то последствия, да только вести наблюдения 22-летней цикличности неизвестного параметра с неизвестным поведением при нынешнем устройстве науки финансово невозможно.

Солнечное пятно состоит из умбры — темной области с наиболее сильным магнитным полем и пенумбры — своеобразной шубы из волокон плазмы. На этом редком снимке слева от хорошо развитого пятна есть три фрагмента, где умбра еще есть, а пенумбры уже нет. Эти фрагменты остались от исчезающего пятна. Гелиофизикам не часто удается застать момент рождения или исчезновения пятен Фото: NSF/AURA/NSO

Впрочем, кое-какое влияние переполюсовки Солнца удалось заметить. Существует эффект Гнедышева — Ола, согласно которому интенсивность максимума четного цикла всегда ниже максимума следующего за ним нечетного цикла. Этот эффект, стабильно работавший более 200 лет, был недавно нарушен: максимум 23-го цикла оказался ниже максимума 22-го цикла, соответственно 158 и 120 пятен. А максимум 24-го еще ниже — 116 пятен.

Собственно, эта аномалия и породила разговоры, что мы входим в аналог Дальтонова минимума, когда максимумы цикла едва достигали 50 пятен. Следуя этой тенденции, некоторые предсказатели дают максимум для 25-го цикла в 50–75 пятен в августе 2023 года. Впрочем, можно уже констатировать, что этого не случилось.

На темном фоне умбры видны яркие умбральные точки. Скорее всего, это плазменные фонтаны, прорывающиеся сквозь дырки в магнитном поле Солнца. А в темных местах умбры поле столь сильное, что никакие фонтаны плазмы не способны его пробить Фото: NSF/AURA/NSO

Однако есть и другие соображения. Еще один важный цикл солнечной активности — 80–90-летний цикл Глайссберга. Наложившись на эффект Гнедышева — Ола, он мог обеспечить столь сильное падение активности 24-го цикла. А 25-й цикл уже оказывается на восходящей ветви цикла Глайссберга, и, значит, его активность будет на уровне, а то и несколько выше, чем у 24-го: расчет дает 110–130 пятен в декабре 2024 года. Есть и еще одно соображение: в целом солнечная активность растет. И если считать провал 23–24 циклов аномалией, тогда 25-й цикл должен быть очень мощным, за 220 пятен в максимуме.

Казалось бы, уж почти половина цикла пройдена, чего гадать? Однако попытки предсказать будущее продолжается. Например, привлекая уже имеющиеся данные об активности Солнца, удается посчитать, что максимум вряд ли дорастет до 139 пятен.

В Королевской обсерватории Бельгии находится международная служба подсчета числа пятен на Солнце. Данные за последние 13 лет, то есть разгар 24-го и начало 25-го циклов солнечной активности, свидетельствуют, что похолодания из-за снижения активности Солнца не предвидится. На графике представлен прогноз: штрих-пунктир — аппроксимация имеющейся кривой, штрих — расчет с учетом вариаций геомагнитного поля. Первый прогноз дает очень высокую активность, а второй — повторение предыдущего умеренного цикла.

А тем временем астрономы считают пятна, и из получающегося графика следует, что активность летом 2023 года преодолела рубеж в 120 пятен. Как оно пойдет дальше, неясно. Простая аппроксимация дает в феврале 2024 года очень высокую максимальную активность, 180 пятен; так было в 19-м цикле, 1954–1964 годы. Это не несет ничего хорошего. Число экстремальных событий на Солнце возрастает, растет и интенсивность магнитных бурь, а это сказывается на здоровье миллионов людей, на работе электронных устройств, прежде всего в области связи, а также, из-за наведенных токов, повышает вероятность аварий в протяженных металлических конструкциях: трубопроводах, линиях электропередач, железнодорожных путях.

Расчет же с учетом проявленной с конца 2019 года активности 25-го цикла, прежде всего вариаций геомагнитного поля, дает иную картинку: 25-й цикл будет походить на 24-й. У него фактически был не пик экстремальной активности, а повышенная активность держалась на среднем уровне два с лишним года, с конца 2011 по начало 2014-го. Согласно этому расчету, мы в июне 2023 года вошли в зону повышенной активности, и она продержится до июня 2024 года, когда, слегка увеличившись до 135 пятен, пойдет на спад. В этом случае в плане технических катастроф 25-й цикл не будет сильно отличаться от предшественников. А вот про социальные катастрофы этого сказать нельзя. Все-таки именно на 2011–2014 годы наложились арабская весна и начало ожесточенных гражданских конфликтов на территориях Сирии и Украины.

Фотографии получены на Солнечном телескопе им. Даниэля К. Иноуэ, DKIST. Это самый современный и мощный солнечный телескоп, который в 2021 году построили на гавайском остове Мауи. Назван в честь сенатора от этого штата.