Сонце намагається почати новий цикл

Як пам'ятають читачі, в 2018 році Сонце перебувало в мінімумі своєї активності. Але буквально кілька днів тому відбулися події, що дозволяють говорити про припинення спаду і початок нового 11-річного циклу активності нашої зірки - 25-го за рахунком з початку спостережень, що почалися 260 років тому. Детальніше про те, що сьогодні відбувається на Сонці і як вчені навчилися стежити за коливаннями його циклів, розповідає співробітник Лабораторії рентгенівської астрономії Сонця ФІАН, доктор фізико-математичних наук Сергій Богачов.

У 2012 році численні любителі апокаліптичних сценаріїв з особливою тривогою дивилися на Сонце. Ще б пак, адже саме на цей рік, якщо вірити пресі, «генії астрономії», жерці майя, призначили кінець чергової історичної епохи, а разом з нею, як багато хто вважав, і кінець світу. Виконавцем волі майя повинно було стати Сонце, яке досягло, що підтверджували і вчені, чергового максимуму своєї активності. Загальне захоплення сценаріями катастроф дійшло тоді навіть до Голлівуду, який наочно показав у фільмі «2012» як саме наша зірка знищить людство - за винятком, звичайно, глав держав і мільярдерів, які завбачливо сховалися в кораблі-ковчезі.

Активність Сонця в тому році, відповідно до прогнозу вчених, дійсно, росла-росла - і раптом зупинилася на півдорозі. Замість гігантського сплеску активності черговий сонячний максимум виявився чи не вдвічі нижче середнього рівня, тобто одним з найслабших в історії.

Поки ті, хто вже приготувався до кінця людської історії, переживали розчарування, вчені проводили фізичні дослідження, намагаючись відповісти на питання, чому цикл виявився настільки невиразним. Паралельно було запропоновано безліч сценаріїв подальшого розвитку нашої зірки - від очікувань, що на нас чекає новий мінімум Маундера (історично зафіксований збій активності Сонця на стику XVII-XVIII століть), до гіпотез, що Сонце, що пошкодувало сили в 2012 році, компенсує їх в наступному сонячному максимумі, зробивши «нарешті» очікувані рекордні сонячні спалахи.

У будь-якому випадку, всі сходилися на тому, що відповідь може дати тільки час - як мінімум треба дочекатися початку нового сонячного циклу. І ось, схоже, цей момент настав. Після шести років очікування і поступового руху до дна циклу Сонце, схоже, приготувалося до руху нагору. Що ж тепер буде?

Питання про те, як визначити початок нового циклу, не так просте, як можна подумати. Справа в тому, що сонячні спалахи - це дискретні і досить випадкові події. У мінімумі їх число падає майже до нуля (скажімо, один слабкий спалах на місяць) і чисто статистично відрізнити ситуацію «немає спалахів» від ситуації «майже немає спалахів» складно. Зазвичай це вдається зробити лише кілька років потому.

Накопичивши велику статистику спалахів і переконавшись, що зростання їх числа вже не викликає сумнівів (видно, так би мовити, неозброєним оком), вчені проводять інтерполяцію числа спалахів у минуле і математично знаходять точку, коли ця крива пройшла через мінімум, тобто нижню точку сонячного циклу. Цей метод найбільш чесний, і історично моменти мінімумів і максимумів циклів визначаються саме так - через значний час за статистичним аналізом великих обсягів даних (що стосуються не тільки спалахів, але і плям).

Однак, звичайно, це не може повною мірою задовольнити ні людство, ні вчених: всім хочеться знати прямо зараз, на якому циклі ми знаходимося - все ще на попередньому або вже на новому. Виникає питання, чи немає способу встановити, хоча б приблизно, що Сонце вже «відірвалося» від дна і почало рух вгору. Такий спосіб є, і в цьому допомагає знання теорії формування сонячних спалахів.

Сонячні спалахи - це вибухи, які, по суті, являють собою події вивільнення енергії. Але щоб енергія вивільнилася, вона повинна бути десь попередньо запасена. У випадку Сонця, і це надійно встановлено, енергія копиться в магнітному полі зірки. При цьому, оскільки, очевидно, енергія повинна спочатку накопичитися, щоб потім вивільнитися, зміни в магнітному полі відбуваються завжди раніше спалахів. Саме це і дозволяє спрогнозувати початок циклу ще до того, як він почався насправді, тобто до того, як пішов зростати темп спалахів і кількість плям, - просто за «правильними» змінами магнітного поля.

Залишилося розібратися, які зміни є «правильними».

Сонячний цикл активності, що триває 11 років, за своєю глибинною природою являє собою цикл зміни магнітного поля. У природному стані магнітне поле Сонця схоже на земне - це дипольна магнітна структура з двома полюсами і лініями магнітного поля, що тягнуться від одного полюса до іншого вздовж сонячних довгот. Якщо гіпотетично потрапити на поверхню такого ідеального Сонця з компасом, то його стрілка покаже на сонячну північ точно також, як на Землі. До речі, і сила поля на Сонці майже збігається з земною.

Проблема в тому, що таке ідеальне Сонце майже ніколи не спостерігається, за винятком найглибшого сонячного мінімуму - такого, як зараз. У звичайній ситуації дипольне магнітне поле майже завжди спотворене через сонячне обертання. На відміну від Землі, яка є нейтральним (не зарядженим) тілом, Сонце складається з плазми і при обертанні тягне за собою і спотворює лінії магнітного поля. В результаті ці лінії «накручуються» на Сонці, як нитки на клубок, збільшуючи напруженість поля і призводячи до зростання магнітної енергії. Саме так формується фаза зростання сонячного циклу.

Що ж відбувається в максимумі - чому цикл зупиняється? Справа в тому, що в якийсь момент різниця між швидкістю обертання Сонця на глибині і на поверхні (а саме ця різниця приводить в закручування ліній) змінюється на протилежну. І тоді лінії починають розкручуватися, зменшуючи напруженість і енергію, - цикл проходить через максимум і йде на спад. Після проходження точки мінімуму обертання Сонця не зупиняється, а триває, і поле знову починає посилюватися, причому, як неважко здогадатися, закручується воно вже в іншому напрямку.

Таким чином, в точці мінімуму додаткове магнітне поле, створене обертанням Сонця (це поле називається тороїдальним), змінює знак. Як тільки це сталося, значить, новий сонячний цикл не за горами.

Саме це сталося в листопаді. Перша область з новою полярністю була зареєстрована 8 листопада в північній півкулі Сонця. Область була дуже невеликою, проте досить сильною - настільки, що в ній навіть утворилася сонячна пляма, що проіснувала, правда, менше доби. Після цього настала помітна перерва, яка дозволила думати, що зафіксована подія була випадковістю. Проте вже 17 листопада сформувалася ще одна область, з тим же новим напрямком, що проіснувала вже майже дві доби. Втім, до 20-го листопада зникла і вона, і зараз Сонце знову порожнє - з ідеальним дипольним магнітним полем без будь-яких особливостей.

Щоб розуміти картину до кінця, додамо, що поле старого напрямку в ці дні на Сонці не зникало (така суміш полів різних напрямків звичайна для перехідного періоду) і, більш того, домінувало. Тобто по суті на Сонці відбувся не стільки перехід до нового шаблону поля, скільки якісь «боязкі» натяки на те, що щось скоро має статися.

Чого ж тепер чекати найближчим часом? Насправді ясності немає. Справа в тому, що процеси формування поля відбуваються глибоко під поверхнею Сонця - на кордоні його променистої зони, розташованої приблизно на глибині в третину сонячного радіусу (це близько 200 тисяч кілометрів). Проникнути на таку глибину сучасні прилади поки не можуть. Безсила тут навіть сонячна геліосейсмологія - область знань, яка за коливаннями сонячної поверхні робить висновок про структуру підповерхнісних шарів.

Найбільш радикальним є прогноз Бельгійської королівської обсерваторії, згідно з яким новий сонячний цикл почнеться буквально через місяць, напередодні Нового року. По суті, це означає, що минулий сонячний цикл був не 11-річним, а практично 10-річним (таке, до речі, бувало в історії). Прогноз ФІАН (один з центрів космічної погоди) менш радикальний. Там початку зростання сонячної активності очікують не раніше весни - літа 2019 року.

Яким буде новий сонячний максимум, поки сказати неможливо. За деякими спостереженнями, висновок про силу нового циклу дозволяє зробити широта, на якій спливають перші плями, - чим вище, тим сильнішим буде цикл. Однак по одній плямі навіть таких висновків не зробиш. Впевнено говорити поки можна тільки про одне: сонячний механізм десь там, на глибині, працює так, як очікує наука, і магнітне поле, дійсно, почало зміну знака.

Куди тепер занесе ця крива, залишається тільки спостерігати. З великою ймовірністю попередні висновки щодо сили майбутнього максимуму можна буде зробити протягом найближчих місяців.