Дмитрий Соколов - Небесные магниты. Природа и принципы космического магнетизма [litres]

Согласно правилу полярности Хейла, одна из этих волн, распространяющаяся в северном полушарии Солнца, содержит группы солнечных пятен одной полярности, а другая, распространяющаяся в южном полушарии, – противоположной. В следующем цикле волны в обоих полушариях меняют полярности.

Другими словами, крупномасштабное магнитное поле Солнца антисимметрично по отношению к солнечному экватору. Такой тип симметрии называется дипольным. В частности, магнитное поле диполя имеет дипольную симметрию.

Важное дополнение к правилу полярности Хейла сформулировано американским астрономом Джоем в той же работе. В соответствии с правилом Джоя углы между отрезком, соединяющим ведущее пятно с ведомым и экватором, противоположны по знаку в северном и южном полушариях Солнца и растут по модулю с ростом солнечной широты. Эти углы принято называть тилт-углами.

Правила и Хейла, и Джоя выполнены не для всех групп солнечных пятен. Встречаются группы сложного строения, к которым такие правила не всегда легко применить. Однако есть группы, нарушающие одно из них или оба. Правило полярности Хейла выражено более четко, чем правило Джоя. Поэтому до недавнего времени правило Хейла было гораздо более известно. Прогресс наблюдательной техники последнего десятилетия сделал возможным тщательное изучение симметрии, выраженной правилом Джоя, и оно быстро входит в круг интересов физики Солнца.

Исключения из правила Хейла интересны и потому, что позволяют хотя бы грубо оценить, насколько велики мелкомасштабные флуктуации магнитного поля в глубине Солнца. Получается примерно такое же отношение флуктуаций к среднему магнитному полю, как и для магнитного поля в галактиках.

Отрезки, соединяющие пятна, которые входят в группы, наклонены, согласно правилу Джоя, к солнечному экватору, но этот угол наклона небольшой. Поэтому данные о солнечных пятнах отражают в основном компоненту магнитного поля, направленную в азимутальном направлении. Ее называют тороидальной. На Солнце есть и более привычная компонента магнитного поля, похожая на поле постоянного магнита. Ее называют полоидальной. Ее напряженность заметно меньше килогаусса, но зато она не прячется в основном в недрах Солнца, как тороидальная компонента. Суммарной характеристикой полоидального магнитного поля служит его магнитный дипольный момент – он показывает, какой постоянный магнит должен находиться внутри Солнца, чтобы дать такое же магнитное поле, как и то, которое наблюдается на некотором удалении от поверхности Солнца.

Магнитный момент Солнца тоже осциллирует в соответствии с циклом Швабе. Есть и еще другие индексы, которые описывают, скажем, магнитное поле вблизи полюсов. Все они так или иначе вовлечены в цикл Швабе. Поэтому говорят о расширенном цикле, характерном для магнитного поля Солнца как целого.

На звездах, по крайней мере похожих на Солнце, тоже обнаруживаются магнитные циклы. Это, безусловно, ожидаемый результат. Было бы странно, если бы Солнце было в этом отношении чем-то совершенно особенным. Первые идеи о звездных циклах стали возникать около полувека назад, что гораздо меньше, чем время солнечных наблюдений, поэтому пока не так много можно уверенно сказать о звездных циклах.

Периоды этих циклов более или менее такие же, как на Солнце, или несколько короче. Не очень ясно, является ли это эффектом селекции: пронаблюдать длинный цикл труднее, чем короткий, – дольше нужно наблюдать.

Нет причин сомневаться в том, что звездные циклы – тоже проявления волн активности, порожденных волнами магнитного поля, как и на Солнце. В принципе, за время, прошедшее с начала 80-х гг. прошлого века, когда стало возможным картировать температуры на поверхности звезд, можно было бы попытаться построить звездные баттерфляй-диаграммы и выяснить, что представляют собой эти волны: распространяются ли они, как и волны активности на Солнце, от средних широт к солнечному экватору, есть ли на звездах что-то похожее на закон полярности Хейла и т. п.?

Здесь снова хочется вспомнить Людовика XIV и его астрономов. Наши знания о магнетизме звезд в чем-то сопоставимы со знаниями королевских астрономов о солнечных пятнах. Нам остается мечтать о большой международной программе, в которой усилия астрономов разных стран были бы скоординированы и был бы обеспечен многолетний мониторинг активности звезд, выбранных на основании четко сформулированных критериев. Представим, что лидеры крупнейших стран на своих заседаниях обсуждали бы в числе прочего и такую программу. Видимо, среди них мало любителей звездной астрономии, потому их трудно сравнить с Людовиком XIV. Правда, насколько я знаю, наиболее заметный государственный деятель, интересовавшийся на моей памяти звездной активностью, – многолетний спикер парламента Эстонии Эне Эргма, известный астроном из Тарту. Но, видимо, не в полномочиях спикера организовать подобное сотрудничество. Впрочем, Эне успела высказать мне много интересных мыслей о том, чем звездные циклы могут отличаться от солнечных, пока мы гуляли с ней по Парижу. Так что надежда есть, хотя пока только самые отчаянные люди (включая меня) берутся строить звездные баттерфляй-диаграммы.

Пожалуй, на данный момент наиболее впечатляющий факт, полученный из данных о магнитном поле звезд, – это связь между их вращением и магнитной активностью. Чем быстрее вращается звезда, тем ярче проявляется ее магнитный цикл, тем больше его амплитуда. Разумеется, это только тенденция. Звезды очень разные, их свойства неизбежно будут различаться, даже если мы говорим о звездах, похожих на Солнце. Если же вращение очень быстрое, то этот рост насыщается и выходит на плато.

Подобное поведение кажется естественным. Хочется думать (и, как мы увидим ниже, это вписывается в существующую теорию происхождения звездных циклов), что вращение как-то порождает магнитное поле и циклы.

В общем, как говорится, небогато. Конечно, мы еще в самом начале пути, и звездная активность – это нечто интересное и заманчивое, но, кажется, несколько не соответствующее интересам современных людей. В самом деле, если хочется купить новую модель айфона, а ты еще не разобрался в том, чем айфон отличается он айпада, то до звездных ли тебе циклов? Однако такое суждение вполне может оказаться поверхностным.

Действительно, наши знания о солнечной магнитной активности говорят о том, что на протяжении всего нескольких столетий в работе машины, которая поддерживает эту активность, время от времени происходят сбои, суть и возможное разнообразие которых еще не очень ясны. В то же время не так давно при обработке данных, полученных в космических обсерваториях, где можно наблюдать тысячи звезд, обнаружили, что на некоторых очень редких звездах, похожих на Солнце, могут происходить огромные вспышки, намного превосходящие те, которые происходят на Солнце. Эти вспышки тоже, несомненно, как-то связаны с магнитным полем звезд – больше не с чем. По этому поводу идут жаркие дискуссии специалистов. Ясно одно: если такая вспышка все же произойдет на Солнце, то айпады и айфоны (чем бы они ни были), интернет и еще многое другое придется отнести на помойку и начать с чистого листа. Казалось бы, есть мотив разобраться.