Цивилизация
Ученые из Германии предложили новую теорию, объясняющую периодичность солнечной активности. По их мнению, количество солнечных пятен и другие эффекты, связанные с солнечными циклами, меняются из-за
воздействия на звезду трех планет Солнечной системы: Венеры, Земли и Юпитера.
Солнечная активность – это целый класс процессов, связанных с переменностью многих параметров нашей звезды, таких как излучение на разных частотах, количество солнечных пятен и поток заряженных частиц, выбрасываемых в космическое пространство. Наиболее известное проявление солнечной активности – это изменение числа солнечных пятен. Первые письменные свидетельства пятен на Солнце относятся к 800 году до н.э., а с изобретением в XVII веке телескопа наблюдения за ними начинают проводиться и в Европе. В первой половине XIX века астроном-любитель Генрих Швабе обнаружил периодичность в количестве видимых пятен на диске Солнца. Так был открыт 11-летний цикл солнечной активности. Это открытие вызвало большой интерес в научном мире, и швейцарский астроном Рудольф Вольф организовал первую службу Солнца в Цюрихе.
С тех пор наблюдения за Солнцем проводятся регулярно. Позже были обнаружены и другие циклы активности Солнца: 22-летний, вековой и т.д. В периоды минимума активности пятна могут вообще не наблюдаться на поверхности Солнца, в то время как в годы максимума их число достигает десятков сотен.
Температура солнечного пятна примерно 4000К, что на 2000К меньше температуры других областей фотосферы. Поэтому при наблюдениях в телескоп со светофильтром пятна кажутся более темными областями, по сравнению с окружающей поверхностью. Исследования Солнца в XX веке показали, что пятна – это области выхода в фотосферу мощных магнитных полей. Потемнение фотосферы в этих областях объясняется тем, что мощные сгустки магнитных силовых линий препятствуют конвективным движениям вещества из более глубоких слоев. Это и приводит к снижению потока тепловой энергии.
Ученые уже давно пытаются разобраться в причинах цикличного поведения Солнца. Известно, что в начале 11-летнего цикла солнечное магнитное поле имеет дипольную конфигурацию и направлено преимущественно вдоль меридианов (такое поле называют «полоидальным»). В максимуме цикла оно сменяется полем, направленным вдоль параллелей («тороидальное»). В конце цикла поле вновь сменяется на полоидальное, но теперь оно направлено в сторону, противоположную направлению начала цикла.
За генерацию магнитных полей, а также за образование солнечных пятен отвечает процесс, называемый «солнечное динамо». Эта модель как раз объясняет наблюдательные особенности. Из-за того что экваториальные области Солнца вращаются быстрее, чем полярные («дифференциальное вращение»), изначально полоидальное поле, увлекаясь вращающейся плазмой, должно растягиваться вдоль параллелей, приобретая тем самым тороидальную компоненту. Этот процесс получил название «омега-эффект».
Чтобы цикл мог продолжаться снова и снова, тороидальное поле должно каким-то образом снова преобразовываться в полоидальное. В 1955 году американский астрофизик Юджин Паркер показал, что объемы солнечной плазмы должны вращаться за счет сил Кориолиса. Эта сила и растягивает компоненты магнитного поля, превращая тороидальные магнитные поля в полоидальные (так называемый «альфа-эффект»). Считается, что этот эффект возникает в непосредственной близости от поверхности Солнца в районе пятен. Но эта теория не может объяснить наблюдаемую продолжительность солнечного цикла.
Однако ученые из центра имени Гельмгольца Дрезден-Россендорф (HZDR) предлагают новую теорию циклов солнечной активности. В работе, опубликованной в журнале Solar Physics, они показали, что 11-летний цикл может быть вызван приливным влиянием некоторых планет Солнечной системы, а именно Венеры, Земли и Юпитера. Исследователи обратили внимание,
что эти три планеты выстраиваются в одном направлении примерно раз в 11 лет.
Подобные предположения высказывались и раньше, однако долгое время ученые не могли предложить механизм, объясняющий возникновение циклов солнечной активности за счет приливных эффектов.
На помощь исследователям пришел эффект резонанса. «Если воздействовать малыми толчками на объект, со временем амплитуда его колебаний будет увеличиваться», — поясняет идею доктор Фрэнк Стефани из HZDR.
Расчеты ученых показали, что для того, чтобы заставить альфа-эффект испытывать колебания, почти не нужно прикладывать много энергии. Это достигается за счет тейлоровской неустойчивости. Она возникает, когда сильное магнитное поле проходит через проводящий слой или плазму. Взаимодействие тока с полем порождает мощный турбулентный поток. Авторы исследования предположили, что альфа-эффект возникает не вблизи солнечной поверхности, а в области, называемой «тахоклин». Этот слой находится на глубине примерно 30% от солнечного радиуса и разделяет две области внутри Солнца: область лучистого переноса и область конвекции. В этой же области возникает и омега-эффект.
Исследователи использовали модели с тейлоровской неустойчивостью для нового описания поперечных колебаний альфа-эффекта. «Мы нашли способ привязать альфа-эффект к тахоклину», — пояснил Стефани. Таким образом, все колебательные процессы оказались привязаны к тонкому слою в недрах Солнца. Важно, что подобные колебания почти не требуют изменения энергии. Это значит, что очень небольшого воздействия достаточно для запуска альфа-эффекта. Математические расчеты, проведенные исследователями, показывают, что периодического приливного воздействия планет достаточно для возбуждения 11-летнего и 22-летнего цикла активности.
Впрочем, идея о влиянии планет на солнечное динамо существует давно, однако некоторые специалисты не поддерживают эту теорию и считают ее маргинальной.