Сергей Язев - Лекции о Солнце

Рис. 20. График, представляющий цикличность солнечной активности, выраженную в числах Вольфа. Черным цветом показаны циклы, восстановленные по косвенным данным. Данные на 2005 год

Вместе с числом групп пятен на Солнце меняется и интенсивность других видов солнечной активности. Синхронно с числом Вольфа меняется площадь факелов (а значит, и флоккулов). На фазе минимума практически не бывает протуберанцев – они лежат на границах областей с разной магнитной полярностью, а в минимуме цикла сильных магнитных полей на поверхности Солнца вообще не видно. Это означает, что в этот период нет (или почти нет) высоких корональных петель. Не бывает без солнечных пятен и вспышек: для их генерации нужны сильные магнитные поля солнечных пятен или как минимум поля уровня факелов (так называемые беспятенные вспышки, очень редко происходящие во флоккулах, никогда не бывают мощными). Это значит, что все основные типы солнечной активности изменяют свое влияние с ходом цикла, вслед за ходом числа солнечных пятен!

Впрочем, это не означает, что в минимуме солнечная активность совсем исчезает. Один из ведущих российских гелиофизиков Владимир Нухимович Обридко настаивает, что солнечная активность присутствует на нашем светиле всегда, только она периодически меняет формы своего проявления! В фазе спада цикла наблюдаются редкие, но обычно самые мощные вспышки в гигантских группах солнечных пятен. В фазе минимума повышается активность так называемых полярных факелов; не исчезают, а порой даже усиливают свою активность корональные дыры; продолжают наблюдаться корональные выбросы массы. (Что загадочно, поскольку их связь, по крайней мере, с некоторыми вспышками надежно установлена, – но при этом бывают выбросы в отсутствие вспышек!)

11-летний цикл солнечной активности отличается дополнительно следующими важными закономерностями. Уже неоднократно упоминавшийся Ричард Христофор Кэррингтон обнаружил, что самые первые группы пятен нового солнечного цикла появляются на высоких широтах, далеко от экватора! Одна из самых высокоширотных групп наблюдалась на широте 44 градуса, – но это редкая экзотика. Развиваясь первоначально на широтах около 30 градусов, становясь все более многочисленными по мере роста солнечного цикла, пятна в среднем начинают появляться на все более низких широтах. В период максимума цикла средняя широта групп пятен оказывается близкой к 16 градусам. Напомним, что скорость вращения на этой широте соответствует, судя по всему, скорости твердотельного вращения глубинных слоев Солнца. К фазе минимума последние пятна возникают совсем близко к экватору – на широтах около 5 градусов. В фазе минимума новые пятна очередного солнечного цикла возникают снова на высоких широтах!

Широтный дрейф в течение 11-летнего цикла детально исследовал немецкий астроном Густав Шперер (1822–1896). Небольшая обсерватория содержалась за счет немецкого правительства, а телескоп с 13-сантиметровым объективом, на котором наблюдал Шперер, был подарен ему лично кронпринцем Фридрихом. Шперер подробно изучил обнаруженный Кэррингтоном эффект. Теперь факт смещения зоны среднего пятнообразования по широте в течение солнечного цикла обычно называют законом Шперера .

В последние десятилетия гелиофизики получили возможность непрерывно определять солнечную постоянную в ходе наблюдений с космических аппаратов. Выяснилась любопытная вещь: помимо колебаний ее значений, связанных с появлением и исчезновением активных областей (от +0,2 до –0,4 %), слегка (всего на 0,1 %) меняется и средний уровень светимости Солнца. Эти колебания происходят синхронно с 11-летним циклом солнечной активности! Другими словами, слегка, в такт с солнечной цикличностью, меняется режим энерговыделения светила. К счастью для нас, эти изменения чрезвычайно малы, но тем не менее, точные измерения демонстрируют их реальность. Несомненно, это отражение глубинных физических процессов в недрах Солнца, суть которых мы пока понимаем не очень хорошо.

Есть еще чрезвычайно важная особенность солнечной цикличности. Если мы будем рассматривать, как расположены в группах пятен магнитные полярности, выяснится следующая закономерность. Все «головные» пятна в активных областях северного полушария в течение всего 11-летнего цикла имеют одну и ту же полярность, соответственно, «хвостовые» пятна – противоположную. В это же время в южном полушарии наблюдается обратная картина: здесь «головная» полярность соответствует «хвостовой» в северном полушарии. Но когда в минимуме цикла начинают появляться первые небольшие группы пятен нового цикла, их можно отличить не только по высокой широте. Магнитные полярности у групп нового цикла оказываются обращенными по отношению к группам старого цикла! Теперь бывшая «хвостовая» полярность в данном полушарии становится «головной». Эта глубокая закономерность, отражающая фундаментальные свойства солнечной активности, была обнаружена в начале XX века в американской обсерватории Маунт Вилсон и получила название закона Хэйла в память о пионере исследований солнечного магнетизма. Учитывая это, гелиофизики иногда говорят не об 11-летнем, а о 22-летнем цикле солнечной активности. За этот период полностью меняется не только число пятен и других проявлений активности, но и их магнитные полярности, и все начинается сначала.

Есть дополнительные аргументы в пользу того, что 22-летний цикл – действительно реальность, а не измышление теоретиков. Обнаружилось, что 11-летние циклы солнечной активности неодинаковы «по высоте»: в максимумах некоторых циклов значения чисел Вольфа оказываются больше, чем в других. При этом выяснилась любопытная закономерность: «высокие» и «низкие» циклы чередуются между собой: как правило, число пятен в максимуме нечетного цикла выше, чем в максимуме четного. На эту закономерность указывали в прошлом выдающиеся гелиофизики Тернер, Людендорф и Вальдмайер. В отечественной научной литературе это свойство солнечной цикличности называют правилом М. Н. Гневышева – А. И. Оля в память об описавших этот феномен известных советских астрономах. При этом следующие друг за другом циклы в каждой паре, похоже, тесно связаны друг с другом: оказывается, по продолжительности предыдущего цикла в паре можно с высокой степенью вероятности предсказать высоту следующего цикла. Таким образом, указанные закономерности являются отражением неких непрерывных магнитных процессов с периодом в 22 года.

Есть ли на Солнце другие периоды? Есть основания считать, что есть, но определить их свойства достаточно сложно: они проявляются вовсе не так явно, как впечатляющие 11-летние изменения всех параметров солнечной активности. Математическая обработка формы кривой, описывающей набор 11-летних циклов, позволяет указать на то, что высоты циклов, похоже, промодулированы более долгопериодическим изменением. Сегодня наиболее надежно выделяется 80-летний цикл. При этом В. Н. Обридко отмечает, что в 11-летнем цикле заметно меняется количество групп пятен, а в 80-летнем цикле – их мощность (например, отражаемая таким параметром, как площадь пятен).