Лилия Алексеева - Небесные сполохи и земные заботы

Теперь, когда ясно, что солнечно–атмосферные связи существуют, становятся интересными их свойства. Имеет смысл просмотреть заново, без предубеждения и более непосредственно, работы предыдущих поколений гелиогеофизиков. Какой характер солнечно–атмосферных связей прорисовывается в их, пусть и разрозненных исследованиях? Прежде всего, эти связи часто оказываются региональными, то есть проявляются определенным образом в одних районах Земли, действуют совершенно иначе в других и полностью отсутствуют в третьих. Им свойственна изменчивость во времени: замеченный в одном районе Земли характер связи вдруг может резко измениться на противоположный; кроме того, со временем эта связь может исчезнуть вовсе. Об этих же особенностях связей, но более конкретно, говорят современные исследования.

Уже знакомый нам космофизик Роберте недавно исследовал с гелиогеофизической точки зрения региональную закономерность — повторяемость засух в американском штате Канзас. Это важный сельскохозяйственный район страны, гибель урожая в нем — весьма заметное событие. Запись аномально засушливых лет ведется здесь давно. И вот о чем она говорит: уже более 150 лет засухи в Канзасе повторяются через 20–22 года. Робертс проанализировал эти данные, сопоставив их с солнечной активностью.

Что же именно меняется на Солнце с периодом в 22 года? Мы уже говорили, что о частоте и мощности солнечных вспышек, а также о степени развития некоторых других процессов на Солнце можно судить по числу пятен на его диске. Путем наблюдения за их числом был открыт 11‑летний цикл солнечной активности. Но оказывается, есть признак, который делает похожими друг на друга не все циклы, а выбранные через один. Иными словами, если мы всем циклам дадим порядковые номера, то по этому признаку нужно будет сгруппировать отдельно все четные и все нечетные циклы. Признак этот — магнитные полярности пятен.

Поговорим об этом поподробнее.

Пятна не разбросаны по диску Солнца как попало. Чаще всего они бывают собраны в так называемые биполярные группы. В каждой такой группе есть два самых крупных пятна, окруженных более мелкими. Солнце вращается, и земному наблюдателю кажется, что пятна движутся по солнечному диску. В целом группа пятен вытянута более или менее параллельно солнечному экватору, поэтому одно из главных пятен как бы шествует впереди, а другое следует за ним. Их так и называют: одно предшествующим, головным или ведущим, другое последующим или хвостовым. Как правило, головное пятно бывает самым большим. Хвостовое поменьше, вместо него иногда виден просто сгусток мелких пятен.

Все без исключения пятна «намагничены»: это места, где наблюдаются самые сильные на Солнце магнитные поля. Теперь вообразим, что мы взяли подходящих размеров подковообразный магнит и погрузили его в солнечное вещество так, чтобы наружу выглядывали только концы — полюса магнита, причем выглядывали в тех самых местах, где находятся головное и хвостовое пятна. Не пускаясь в рассуждения о том, что делается внутри. Солнца, скажем, что магнитное поле, которое наш магнит создает вблизи солнечной поверхности, похоже на поле биполярной группы. Потому ее и назвали биполярной, что в ней имеются два магнитных полюса.

Оказывается, в расположении солнечных «магнитов» существует закономерность, которая очень хорошо выдерживается. В течение всего 11‑летнего цикла, от минимума до минимума, то есть от появления первых пятен и до исчезновения последних, по одну сторону от солнечного экватора все головные пятна групп имеют одну и ту же магнитную полярность, а по другую сторону — противоположную. Ясно, что полярность хвостовых пятен данного полушария совпадает с полярностью головных пятен другого. Когда же вслед за периодом затишья, солнечного минимума, когда пятен на Солнце почти не бывает, зарождается новый цикл, оказывается, что солнечные полушария поменялись ролями: в каждом полушарии головные полярности стали хвостовыми. И так будет до следующего минимума.

Подобным же образом меняется от цикла к циклу знак слабых фоновых магнитных полей вблизи солнечных полюсов.

Вот почему каждый очередной солнечный цикл повторяет не предыдущий, а предпредыдущий: для того чтобы вновь увидеть Солнце не только таким же запятнанным, как сейчас, но и с таким же магнитным полем, нам нужно подождать 22 года.

Таким образом, картина магнитного поля Солнца и засухи в Канзасе повторяются в среднем с одним и тем же периодом 22 года. Пока это ничего не доказывает и говорит лишь о совпадении чисел. Разных величин люди измеряют много, и мало ли какие совпадения бывают «в среднем»! Но, следуя Робертсу, попробуем рассмотреть процесс не в среднем, а в деталях, сопоставив отдельные события. Прежде всего, выражения типа «в следующем 11‑летнем цикле» употребляются лишь для краткости, буквально их понимать нельзя. 11 лет — это средняя продолжительность цикла, каждый же конкретный цикл имеет свою длительность. Самый короткий из известных людям цикл тянулся 7,5 года, самый долгий — 16 лет. Можно сказать, каждый цикл имеет свое лицо. Тем не менее анализ Робертса показал, что каждая из известных канзасских засух одинаковым образом вписывается в свой солнечный цикл. Они случались всегда через один минимум числа пятен на следующий, независимо от длительности цикла (рис. 9). Это уже не выглядит случайным совпадением.

Рис. 9. 22‑летний цикл солнечных пятен и засухи в Канзасе. По горизонтальной оси отложено время, по вертикальной — число солнечных пятен, взятое со знаком плюс или минус в зависимости от направления солнечных магнитных полей в данном 11‑летнем цикле. Годы засух (подписанные вверху) отмечены вертикальными линиями

Но для одних людей «не выглядит», а для других может и «выглядеть» — где мера похожести?

В истории науки есть такой пример. Как только в середине прошлого столетия на материале 22‑летних наблюдений был установлен 11‑летний цикл изменений количества солнечных пятен на Солнце, сразу же появилось сообщение, что, судя по записям величины магнитного поля на Земле, его возмущенность меняется со временем так же, как и число солнечных пятен на Солнце. Это была первая замеченная солнечно–земная связь. Выдающийся физик Томсон (лорд Кельвин, ему мы обязаны открытием абсолютного нуля температуры) в 1892 году в своем обращении к лондонскому Королевскому обществу, президентом которого он в то время состоял, объявил эту одинаковость временного хода простым совпадением. Он утверждал это на основании безукоризненно выполненного им расчета.