Сергей Язев - Лекции о Солнце

Вот почему предшественники Швабе не могли уловить эту закономерность: чтобы ее почувствовать, недостаточно было изредка смотреть на Солнце; нужно было десятилетиями вести непрерывные наблюдения!

Публикация первого сообщения о цикличном изменении числа пятен на Солнце практически не обратила на себя внимания, – цифрами Швабе мало кто заинтересовался. Бывший аптекарь продолжал наблюдать, уже вполне сознательно обращая внимание на циклические изменения пятнообразовательной деятельности Солнца. Каждый год приносил новые доказательства правоты открывателя. В 1851 году знаменитый естествоиспытатель Гумбольдт издал третий том своего фундаментального труда «Космос», где поместил таблицу чисел солнечных пятен по годам, составленную Генрихом Швабе. Открытый закон выглядел поражающе ясным и убедительным! Количество пятен на Солнце подчинялось могучему «дыханию» светила, существенно (более чем в 10 раз) изменяясь примерно за 10 лет. Были периоды, когда ни одного пятна на Солнце не было видно в течение многих недель, но были и другие периоды, когда Солнце напоминало лицо больного оспой, покрываясь многочисленными группами пятен.

Швабе так и не нашел своих «ослов» – не обнаружил интрамеркурианской планеты (в этом он не одинок – это не удалось до сих пор никому, и надежды на ее существование давно потеряны!), но сделал другое выдающееся открытие. В 1857 году скромный аптекарь, не обладавший особыми познаниями в области астрономии и наблюдавший на более чем скромном телескопе, был удостоен золотой медали Лондонского астрономического общества.

На церемонии вручения в адрес Швабе прозвучали следующие слова:

«12 лет он потратил на удовлетворение своих собственных интересов, шесть следующих лет – на удовлетворение интересов человечества и, наконец, еще 13 лет – на убеждение человечества. В течение 30 лет Солнце никогда не появлялось над Дессау без того, чтобы Швабе не направил на него свой неизменный телескоп, а это происходило, по-видимому, в среднем дней 300 в году. Здесь мы имеем пример преданной настойчивости, не имеющей себе равных в истории астрономии. Настойчивость одного человека привела его к открытию явления, существование которого даже не подозревалось астрономами в течение целых двух столетий…»

Изучение цикличности количества появляющихся на Солнце пятен, начатые Швабе, продолжил швейцарский исследователь Рудольф Вольф (1816–1893). Для уточнения продолжительности цикла солнечных пятен он собрал все возможные данные о наблюдениях Солнца начиная с зарисовок Галилея и Шейнера. Это позволило продлить ряд данных о солнечных пятнах в прошлое. К сожалению, ряд оказался неоднородным, с пробелами и пропусками. Непрерывные наблюдения пятен по тем временам еще не велись, и лишь отдельные работы отдельных энтузиастов частично спасали ситуацию.

Вольфу удалось восстановить ежедневные значения чисел пятен с 1818 года, среднемесячные значения – с 1749 года и среднегодовые – с 1700 года. Число пятен, безусловно, периодически менялось! При этом средний период оказался несколько бóльшим по сравнению с тем, что удалось обнаружить Швабе. Согласно исследованиям Вольфа, солнечный цикл составил в среднем 11,11 лет (сегодня считается, что средняя величина – около 11,2 лет). При этом циклы оказались различающимися по продолжительности – от 7–8 до 17(!) лет.

В 1849 году наблюдался очередной максимум солнечной активности, и очередному циклу, начавшемуся с минимума в 1755 году, был присвоен номер 1. Разумеется, имелось в виду, что это первый из циклов, целенаправленно наблюдавшийся и изучавшийся Вольфом. Нет сомнений, что этому «первому» циклу предшествовали миллионы аналогичных. Но предложенная нумерация (должна же быть какая-то!) принята гелиофизиками и по сей день. Следуя этой нумерации, считается, что в 2009 году начался 24-й цикл солнечной активности.

В 1848 году Вольф предложил для описания уровня солнечной активности свой знаменитый индекс – относительное число солнечных пятен R , или число Вольфа, которое определяется с 1849 года по настоящее время в результате непрерывных ежедневных наблюдений. Индекс вычисляется следующим образом. На солнечном диске подсчитывается число наблюдаемых групп пятен g . После этого находится общее суммарное число f отдельных пятен во всех группах, включая самые маленькие пятна, лишенные полутеней (так называемые поры ), и даже отдельные фрагменты тени в пределах одной полутени большого пятна (так называемые ядра ). Относительное число пятен равно числу групп g , умноженному на 10, сложенному с числом пятен f .

W = k (10 g + f )

Известный исследователь статистических закономерностей пятнообразования на Солнце Георгий Вячеславович Куклин писал, что коэффициент 10 был взят Вольфом не «от фонаря». 10 – это среднее количество отдельных пятен, входящих в группу пятен.

Получившееся число следует умножить на собственный коэффициент k , приписываемый конкретному телескопу. Дело в том, что некоторые телескопы не позволяют разглядеть мелкие поры, и это означает, что число Вольфа может оказаться заниженным. Субъективный разброс при определении числа Вольфа может составить до 25 %! Поэтому международная служба при выводе ежедневных чисел использует суммарные данные многих обсерваторий, и в первую очередь тех, где проводятся тщательные и качественные исследования по выверенной единой методике. Многие десятилетия мировым центром по определению числа Вольфа традиционно оставался швейцарский Цюрих, в настоящее время центром является Королевская астрономическая обсерватория в бельгийском городе Уккле.

Число Вольфа – на первый взгляд, достаточно произвольно сконструированный индекс, – на самом деле оказалось очень удачным. Современные определения уровня солнечного радиоизлучения на волне 10,7 сантиметров, например, показали, что этот индекс и число Вольфа изменяются со временем практически одинаково. Сходным образом меняются и многие другие индексы солнечной активности, поэтому относительное число солнечных пятен остается и по сей день главным, наиболее простым образом определяемым индексом, описывающим уровень солнечной активности.

Оказалось, что среднемесячное число Вольфа на фазе минимума цикла падает почти до нуля, а затем, на протяжении 3–4 лет начинает нарастать. Как и многие другие процессы на Солнце, нарастание происходит быстрее, чем спад. Мой дед, астроном Иван Наумович Язев (1895–1955), в 1943 году обнаружил любопытную закономерность: в среднем продолжительность фазы роста солнечного цикла в √‾2 раза короче фазы спада.

Современные исследования показали, что фаза максимума цикла может продолжаться полтора – два с половиной года. Она нередко бывает двухвершинной: число Вольфа достигает первого максимума (одновременно на диске может наблюдаться до 15–17 групп пятен!), слегка спадает, потом наблюдается вторичный (как правило, не такой высокий, как первый) максимум, после чего начинается длительная (5–6 лет) фаза спада 11-летнего цикла.