Прогноз 25 цикла солнечной активности. Астрономы предрекают резкое снижение солнечной активности. Не стоит торопиться
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.
23:40 25.11.2018
Солнце проходит через минимум солнечного цикла.
Солнечная активность в настоящее время проходит через низшую точку 11-летнего цикла. Об этом свидетельствуют данные космических и наземных наблюдений солнечной поверхности, а также мониторы солнечных вспышек, регистрирующие самый низкий уровень активности Солнца за последнее десятилетие.
Циклический характер солнечной активности - это один из наиболее надёжно установленных фактов о нашей звезде, известный с середины XIX века. Первоначально он был обнаружен по периодическому увеличению и уменьшению числа пятен на Солнце, а впоследствии подтвердился измерениями числа вспышек, скорости солнечного ветра и иными характеристиками Солнца как звезды. Шаг изменения этих характеристик в среднем составляет 11 лет, но имеет довольно широкие границы. В истории известны как более короткие циклы, продолжавшиеся всего 9-10 лет, так и длительные с периодом 12-13 лет. Меняется и амплитуда цикла - от чрезвычайно крупных, наблюдавшихся, скажем, в середине XX века, до совсем слабых, регистрировавшихся на стыке XVIII и XIX веков. Не исключено, что есть и более глобальные изменения, захватывающие целые исторические эпохи, но для таких исследований не хватает достоверной археологической и геологической информации.
Второе десятилетие XXI века пока показывает низкую солнечную активность. Солнечный максимум, который был пройден в 2012 году, вопреки многочисленным апокалиптическим сценариям, со ссылками на календари майя, нашли даже отражение в кинематографе. Фильм «2012» оказался одним из самых слабых в современной истории. Это дало пищу для противоречивых прогнозов, от опасений, что Солнце впадёт в новый минимум Маундера (период крайне низкой активности во второй половине XVII века, совпавший с малым ледниковым периодом на Земле), так и до противоположных сценариев, что энергия, не нашедшая выхода в этом максимуме, высвободится в следующем, приведя к рекордным всплескам активности.
Как обычно, ответ, кто был прав, может дать только время, и похоже, что оно постепенно наступает. Судя по измерениям рентгеновского излучения Солнца, состояние нашей звезды в настоящий момент совпадает с шаблонами, характерными для низшей точки цикла. Косвенно об этом же свидетельствуют и измерения числа солнечных вспышек. Если в 2016 году на Солнце было зарегистрировано 286 вспышек уровня C и выше (балл, начиная с которого события способны влиять на Землю), а в 2017 году - 223 вспышки, то в текущем 2018 году за прошедшие 10.5 месяцев произошло только 13 вспышек. Последняя из них, причём, была зарегистрирована ещё 6 июля 2018 года, то есть больше 4 месяцев назад. Иными словами, Солнце, судя по всему, опустилось сейчас на самое дно солнечного цикла и проходит через его нижнюю точку, в которой происходит слом тренда солнечной активности. В настоящий момент под солнечной поверхностью на глубине около 0.5 млн. км должны начать формироваться первые магнитные поля нового цикла, которые несколько месяцев будут постепенно всплывать с этой колоссальной глубины, пока не прорвутся на поверхность и не запустят новый маховик солнечных вспышек.
Обычным интервалом между нижней точкой цикла и началом роста солнечной активности является интервал от полугода до года. Соответственно, начало роста солнечной активности можно ожидать во второй половине 2019-го. После этого, в частности, по первым месяцам наблюдений можно будет сделать предварительный вывод, насколько крутой является кривая роста активности, и какой из сценариев будущего цикла реализуется. Впрочем, поскольку некоторые из этих сценариев предполагают начало нового Маундеровского минимума, означающего заморозку механизма солнечных циклов на десятилетия, сначала, как минимум, надо дождаться, когда Солнце выйдет из текущего минимума.
На Солнце наблюдаются признаки начала нового цикла активности.
Первые признаки, свидетельствующие о приближении нового цикла солнечной активности, наблюдаются на Солнце последние две недели. Такими признаками являются магнитные поля с иной направленностью, отличающейся от той, что наблюдалась последние 11 лет, которые начали появляться в северном полушарии Солнца на большом удалении от экватора.
Хотя солнечный цикл воспринимается большинством людей как изменение числа солнечных вспышек и магнитных бурь, у него, несомненно, существенно более сложная природа. В частности, так как вспышки представляют собой взрывы (то есть по сути выделение энергии), разумно спросить, где же накапливается эта энергия? Ответ на этот вопрос считается установленным - энергия копится в магнитном поле Солнца. И так как накопление энергии, несомненно, должно предшествовать её высвобождению, то и изменения магнитного поля должны предшествовать солнечным вспышкам. Это и происходит. В частности, именно наблюдения за динамикой магнитных полей на Солнце являются основным способом прогноза вспышечной активности.
По этой причине нетрудно догадаться, что за глобальным 11-летним маховиком изменяя частоты вспышек должен скрываться маховик изменения магнитного поля Солнца. Такой маховик на Солнце, действительно, есть, и он называется динамо-механизмом. Из-за вращения Солнца линии магнитного поля как бы наматываются на него как нитки на клубок, увеличивая свою напряженность, затем достигают максимума, а затем после короткой паузы (пик активности) начинают крутиться в обратную сторону. Разматываясь таким образом они проходят через минимум и без остановки продолжают крутиться уже в новом направлении к следующему максимуму. Если представить себе эту картину, то можно понять, что в минимуме солнечного цикла глобальное магнитное поле Солнца не просто проходит через ноль, а меняет свое направление. Именно это изменение и является признаком близкого начала нового цикла. При этом существует еще одна особенность, которую не так просто объяснить без привлечения физических формул, но которая также надежно установлена - поля старого направления исчезают всегда вблизи солнечного экватора, а новые поля иной направленности всегда появляются на высоких широтах, причем чем выше, тем более сильным, как считается, будет новый цикл.
Первая область магнитного поля иной направленности была зарегистрирована на Солнце 8 ноября и существовала около суток, что допускало возможность, что это случайность. 17 ноября примерно на тех же высоких широтах всплыл новый магнитный поток с той же (обратной) направленностью. В настоящий момент он почти разрушен, но следы его еще видны на диске Солнца. В целом поведение нашей звезды в эти дни очень похоже на стадию, которая всегда предшествует запуску цикла. Причина такого «робкого» поведения в том, что магнитные поля на Солнце формируются на очень большой глубине и всплывают очень медленно и постепенно. В результате, массовому всплыванию поля обычно предшествует появление небольших магнитных островов - первых областей, прорвавшихся сквозь толщу солнечной плазмы глубиной более 200 тысяч км. Далее возможно несколько сценариев, среди которых быстрое (в течение полугода или года) всплывание основных новых магнитных потоков и импульсный запуск маховика вспышек. Возможен, однако, и медленный рост активности, когда Солнце застревает в нижней точке на 2 или 3 года. В любом случае, если появление новых потоков не является случайностью, можно сделать вывод, что принципиальная физика солнечной активности работает корректно, и условия для нового цикла уже сформированы где-то там в скрытых от глаза глубинах нашей звезды. Остается лишь ждать как быстро и с какой интенсивностью это проявится уже на поверхности.
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.
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.
