23:40 25.11.2018
Сонце проходить за мінімум сонячного циклу.
Сонячна активність зараз проходить через нижчу точку 11-річного циклу. Про це свідчать дані космічних та наземних спостережень сонячної поверхні, а також монітори сонячних спалахів, які реєструють найнижчий рівень активності Сонця за останнє десятиліття.
Циклічний характер сонячної активності - це один із найбільш надійно встановлених фактів про нашу зірку, відомий із середини XIX століття. Спочатку він був виявлений за періодичним збільшенням і зменшенням кількості плям на Сонці, а згодом підтвердився вимірами кількості спалахів, швидкості сонячного вітру та іншими характеристиками Сонця як зірки. Крок зміни цих показників у середньому становить 11 років, але має досить широкі межі. В історії відомі як більш короткі цикли, що тривали лише 9-10 років, так і тривалі з періодом 12-13 років. Змінюється і амплітуда циклу - від надзвичайно великих, що спостерігалися, скажімо, у середині XX століття, до дуже слабких, що реєструвалися на стику XVIII та XIX століть. Не виключено, що є й глобальніші зміни, що захоплюють цілі історичні епохи, але для таких досліджень не вистачає достовірної археологічної та геологічної інформації.
Друге десятиліття XXI століття поки що показує низьку сонячну активність. Сонячний максимум, який було пройдено у 2012 році, всупереч численним апокаліптичним сценаріям, з посиланнями на календарі майя, знайшли навіть відображення у кінематографі. Фільм «2012» виявився одним із найслабших у сучасній історії. Це дало їжу для суперечливих прогнозів, від побоювань, що Сонце впаде в новий мінімум Маундера (період вкрай низької активності в другій половині XVII століття, що збігся з малим льодовиковим періодом на Землі), так і до протилежних сценаріїв, що енергія не знайшла виходу в цьому максимумі, звільниться в наступному, привівши до рекордних сплесків активності.
Як завжди, відповідь, хто мав рацію, може дати лише час, і схоже, що воно поступово настає. Судячи з вимірів рентгенівського випромінювання Сонця, стан нашої зірки зараз збігається з шаблонами, характерними для нижчої точки циклу. Непрямо про це свідчать і вимірювання кількості сонячних спалахів. Якщо в 2016 році на Сонці було зареєстровано 286 спалахів рівня C і вище (бал, починаючи з якого події здатні впливати на Землю), а в 2017 році - 223 спалахи, то в поточному 2018 за минулі 10.5 місяців відбулося лише 13 спалахів. Остання з них була зареєстрована ще 6 липня 2018 року, тобто більше 4 місяців тому. Іншими словами, Сонце, зважаючи на все, опустилося зараз на саме дно сонячного циклу і проходить через його нижню точку, в якій відбувається злам тренду сонячної активності. Зараз під сонячною поверхнею на глибині близько 0.5 млн км повинні почати формуватися перші магнітні поля нового циклу, які кілька місяців поступово спливатимуть з цієї колосальної глибини, поки не прорвуться на поверхню і не запустять новий маховик сонячних спалахів.
Звичайним інтервалом між нижньою точкою циклу та початком зростання сонячної активності є інтервал від півроку до року. Відповідно, початок зростання сонячної активності очікується у другій половині 2019-го. Після цього, зокрема, за першими місяцями спостережень можна буде зробити попередній висновок, наскільки крутим є крива зростання активності і який із сценаріїв майбутнього циклу реалізується. Втім, оскільки деякі з цих сценаріїв передбачають початок нового Маундерівського мінімуму, що означає заморожування механізму сонячних циклів на десятиліття, спочатку як мінімум треба дочекатися, коли Сонце вийде з поточного мінімуму.
На Сонці спостерігаються ознаки початку нового циклу активності.
Перші ознаки, що свідчать про наближення нового циклу сонячної активності, спостерігаються на Сонці протягом останніх двох тижнів. Такими ознаками є магнітні поля з іншою спрямованістю, яка відрізняється від тієї, що спостерігалася останні 11 років, які почали з'являтися в північній півкулі Сонця на великій відстані від екватора.
Хоча сонячний цикл сприймається більшістю людей як зміна числа сонячних спалахів і магнітних бур, у нього, безсумнівно, значно складніша природа. Зокрема, оскільки спалахи є вибухами (тобто по суті виділення енергії), розумно запитати, де ж накопичується ця енергія? Відповідь на це питання вважається встановленою - енергія накопичується в магнітному полі Сонця. І оскільки накопичення енергії, безперечно, має передувати її вивільненню, то зміни магнітного поля повинні передувати сонячним спалахам. І це відбувається. Зокрема, саме спостереження динамікою магнітних полів на Сонці є основним способом прогнозу спалахової активності.
З цієї причини неважко здогадатися, що за глобальним 11-річним маховиком, змінюючи частоти спалахів, повинен ховатися маховик зміни магнітного поля Сонця. Такий маховик на Сонці справді є, і він називається динамо-механізмом. Через обертання Сонця лінії магнітного поля як би намотуються на нього як нитки на клубок, збільшуючи свою напруженість, потім досягають максимуму, а потім після короткої паузи (пік активності) починають крутитися у зворотний бік. Розмотуючи таким чином, вони проходять через мінімум і без зупинки продовжують крутитися вже в новому напрямку до наступного максимуму. Якщо уявити цю картину, можна зрозуміти, що у мінімумі сонячного циклу глобальне магнітне поле Сонця непросто проходить через нуль, а змінює свій напрям. Саме ця зміна є ознакою близького початку нового циклу. При цьому існує ще одна особливість, яку не так просто пояснити без залучення фізичних формул, але яка також надійно встановлена - поля старого напряму завжди зникають поблизу сонячного екватора, а нові поля іншої спрямованості завжди з'являються на високих широтах, причому чим вище, тим сильнішим Як вважається, буде новий цикл.
Перша область магнітного поля іншої спрямованості була зареєстрована на Сонці 8 листопада і існувала близько доби, що дозволяло, що це випадковість. 17 листопада приблизно на тих самих високих широтах сплив новий магнітний потік з тією ж (зворотною) спрямованістю. Зараз він майже зруйнований, але його сліди ще видно на диску Сонця. Загалом поведінка нашої зірки у ці дні дуже схожа на стадію, яка завжди передує запуску циклу. Причина такої «боязкої» поведінки в тому, що магнітні поля на Сонці формуються на дуже великій глибині і спливають дуже повільно і поступово. В результаті, масовому випливу поля зазвичай передує поява невеликих магнітних островів - перших областей, що прорвалися крізь товщу сонячної плазми глибиною понад 200 тисяч кілометрів. Далі можливо кілька сценаріїв, серед яких швидке (протягом півроку чи року) випливання основних нових магнітних потоків та імпульсний запуск маховика спалахів. Можливе, однак, і повільне зростання активності, коли Сонце застряє у нижній точці на 2 чи 3 роки. У будь-якому випадку, якщо поява нових потоків не є випадковістю, можна зробити висновок, що принципова фізика сонячної активності працює коректно, і умови для нового циклу вже сформовані десь там у прихованих від ока глибинах нашої зірки. Залишається лише чекати як швидко і з якою інтенсивністю це виявиться вже на поверхні.
Вчені з лабораторії рентгенівської астрономії Сонця Фізичного інституту ім. П.М. Лебедєва РАН (ФІАН) зафіксували на зірці області з магнітним полем іншої спрямованості, яка відрізняється від тієї, яка була останні 11 років. На думку астрофізиків, це свідчить про наближення нового циклу сонячної активності. Про це повідомляє сайт лабораторії.
Можливі магнітні поля нового 25 сонячного циклу
Фотографію отримано телескопом HMI на супутнику SDO 08.11.2018 року.
Активність Сонця змінюється із певною періодичністю під впливом магнітного поля зірки. Ці періоди називаються сонячними циклами. Зміна магнітного поля Сонця пов'язана з динамо-механізмом, або сонячним динамо. У ході циклу лінії магнітного поля змінюють свої напрями: спочатку вони розташовуються вздовж меридіанів, а при досягненні максимуму активності змінюються спрямованими вздовж паралелей. У цей період кількість плям на зірці досягає максимуму. Потім знову лінії повертаються в «вертикальне» положення, проте протилежне до початкового напрямку. Весь процес займає близько 11 років, тому отримав назву 11-річного сонячного циклу. А оскільки в мінімумі сонячного циклу глобальне магнітне поле зірки змінює свій напрямок, для його повернення в початкове положення необхідно пройти 22-річний цикл.
У Росії її провідним центром вивчення сонячної активності є Лабораторія рентгенівської астрономії Сонця. Її співробітники ведуть моніторинг та аналіз сонячної активності за допомогою розробленого у лабораторії комплексу космічних телескопів ТЕСІС. Цю апаратуру встановлено на борту російського супутника КОРОНАС-ФОТОН, запущеного в 2009 році з космодрому Плесецьк. Завдяки ТЕСІС вчені отримали понад півмільйона нових зображень сонячної корони, сонячних спалахів, викидів корональної маси та інших явищ.
Так, 8 листопада за допомогою ТЕСІС вчені зареєстрували на Сонці область магнітного поля іншої спрямованості. Вона з'явилася далеко від екватора та проіснувала близько доби. Потім 17 листопада приблизно на тих самих широтах з'явився новий магнітний потік такої ж спрямованості, як і 8 листопада. Наразі він уже майже зруйнований, але його сліди ще видно на диску Сонця.
Астрофізики пов'язують появу цих областей із швидким початком нового сонячного циклу. Магнітні поля на Сонці формуються на великій глибині і спливають на поверхню дуже повільно. Як правило, "першими ластівками" нового циклу стають такі невеликі магнітні острови, які зуміли прорвати товщу сонячної плазми глибиною понад 200 000 км.
Після цього події можуть почати розвиватися за різними сценаріями. Можливе повільне зростання активності протягом двох-трьох років. Але може бути і різке піднесення за півроку-рік, після чого розпочнеться серія спалахів - колосальних викидів енергії та підвищення рівня рентгенівського та ультрафіолетового випромінювання Сонця. Коли потік високоенергетичних частинок сягає Землі, може викликати магнітні бурі. Вони, у свою чергу, можуть призвести до перевантажень в електросистемах та порушити радіозв'язок.
Ми з вами знаємо, що сонячна активність циклічна і кожен цикл триває приблизно 11 років. За цей час Сонце зі стану повної сплячки прокидається, набирає сили. Потім поступово входить у стан повної активності і тішить нас великою кількістю сильних спалахів. Ну а потім знову починає засинати, поки зовсім не зупиняє свою активність.
Аудіо-випуск передачі
http://sun-helps.myjino.ru/sop/20181226_sop.mp3Зараз ми з вами перебуваємо на порозі нового 25-го сонячного циклу, який починається на наших очах. Ознаки його початку вже спостерігаються у південній півкулі Сонця. Раніше близько місяця тому схожі процеси були виявлені в північній півкулі. Тим самим було перехід від мінімуму активності Сонця до фази зростання запущено вже у глобальному масштабі, як у півночі, і півдні нашої зірки. У новий 2019 Сонце вирішило вступити, повністю оновившись, як би відповідаючи земному сонцестоянню. Втім, спалахів і плям доведеться чекати ще від кількох місяців до року.
На Землі магнітне поле є єдиним та має загальнопланетарний характер. У Сонця є два магнітних пояси - один розташовується в північній півкулі, інший в південній. При цьому якщо на Землі лінії магнітного поля спрямовані вертикально з півдня на північ, то в сонячних магнітних поясах вони розташовані горизонтально, паралельно екватору, і оперізують Сонце по колу.
Виникає питання, наскільки два магнітні пояси Сонця залежать один від одного чи вони розвиваються незалежно? Обидва пояси формуються одним процесом – обертанням Сонця. Однак, сонячний цикл зазвичай йде по-різному на півночі і на півдні - він може всі 11 років бути сильнішим в одному поясі, і слабшим в іншому. Моменти початку циклу у північній та південній півкулях також можуть відрізнятися. Так у минулому, 24 сонячному циклі, найактивнішою була північна півкуля, де відбувалося найбільше спалахів.
Близько місяця тому саме в цій північній півкулі були виявлені магнітні потоки з іншим напрямом ліній поля, відмінним від напрямку, характерного для 24 циклу. Ці потоки стали свідченням того, що на півночі Сонця процес формування нового циклу запущено, і тепер залишається лише чекати, коли він почне розгортатися на повну силу. У південній півкулі Сонця весь цей час зберігався колишній напрямок ліній поля без будь-яких натяків на зміни. І ось нещодавно, 16 грудня, у південній півкулі Сонця також виплив новий магнітний потік 25 циклу. Хоча у разі завжди можливий елемент випадковості, проте цей потік цілком стабільний. Можна говорити, що це дійсно початок формування 25 циклу в південній півкулі.
Слід розуміти, що перші ознаки поки не говорять про масштабний початок нового циклу, як перший сніг не означає початку зими, а перші плюсові температури — початку літа. Поки що це лише свідчить, що процеси початку нового циклу запущені, причому у глобальному масштабі, і півночі, і півдні Сонця, і навіть, що вони розвиваються за традиційним сценарієм. Насправді початок циклу варто очікувати не раніше літа 2019 року.
Новий рік мешканці Землі зустрінуть у спокійних геомагнітних умовах, близьких до ідеальних. Коливання магнітного поля з першого вихідного дня, 30 січня 2018 року, до 3 січня 2019 року гола, відповідатимуть природному природному рівню зміни поля Землі. При цьому новорічна ніч стане однією з найспокійніших за весь рік. Слабке збільшення магнітних коливань можливе лише 4 січня через невелике зростання швидкості сонячного вітру, проте триватиме воно не більше кількох годин. Після цього ситуація знову стане зручною. Друге слабке зростання геомагнітного фону можливе за прогнозом вже після закінчення канікул, 16 січня, але так само не повинно тривати більше 3-6 годин.
Ось так почувається зараз наше велике Сонце, дорогі слухачі. Ми з нетерпінням чекаємо на пробудження нашого великого світила, разом з яким почне прокидатися і наш вогненний дух!
"Великий Конвекційний Пояс" Сонця сповільнився до рекордно низької швидкості переміщення, згідно з дослідженнями, проведеними Девідом Хатауеєм (David Hathaway), геліофізиком NASA. «Він вийшов за межі нижніх показників діаграм», каже він. "Це викличе серйозні наслідки для майбутньої сонячної активності".
"Великий Конвекційний Пояс" - це великий циркулюючий гарячої плазми всередині Сонця. Він має дві гілки, північну та південну, кожна з яких здійснює один повний оборот приблизно за 40 років. Дослідники вважають, що обертання даного поясу контролює цикл сонячних плям, і тому його уповільнення є важливим.
"Зазвичай цей пояс переміщається зі швидкістю близько 1 метра в секунду - швидкість пішохода", говорить Хатауей (Hathaway). "Так це було з кінця 19-го століття". В останні роки, однак, він сповільнився до 0,75 м/с на півночі і до 0,35 м/с на півдні. "Ми ніколи не спостерігали таких низьких швидкостей".
Відповідно до теорії та спостереження, швидкість пояса передбачає інтенсивність сонячної активності приблизно на найближчі 20 років. Зниження швидкості поясу означає зниження сонячної активності; Збільшення швидкості пояса означає збільшення активності. Причини цього пояснюються у статті Science@NASA «Попередження про сонячні бурі».
«Зниження швидкості, яке ми бачимо зараз, означає, що 25 цикл сонячної активності, пік якого припадає приблизно на 2022 р., може стати періодом найслабшої активності за кілька століть», зазначає Хатауей (Hathaway).
Це цікава новина для космонавтів. 25 цикл сонячної активності настане, коли програма Vision for Space Exploration (Мрія про підкорення космосу) має досягти свого розквіту, коли чоловіки та жінки знову повернуться на Місяць і готуватимуться до польоту на Марс. Цикл слабкої сонячної активності означає, що їм не потрібно буде турбуватися про сонячні спалахи та радіаційні бурі.
Червоним відзначені передбачення Девіда Хатауея (David Hathaway) щодо двох наступних циклів сонячної активності, а рожевим – передбачення Маусумі Дікпаті (Mausumi Dikpati) щодо 24 циклів.
З іншого боку, їм доведеться більше турбуватися про космічні промені. Космічні промені – це частки високої енергії з глибокого космосу; вони проникають через метал, пластик, м'які тканини та кістки тіла. Астронавти, які зазнали впливу космічних променів, більш схильні до розвитку раку, катаракти та інших захворювань. Як не дивно, спалахи на Сонці, внаслідок яких утворюється смертоносна радіація, знищують ще небезпечніші космічні промені. Коли спалахи згасають, космічні промені посилюються – за принципом Інь-Янь.
Пророцтва Хатауея (Hathaway) не слід плутати з іншим недавнім прогнозом: група, очолювана фізиком Маусумі Дікпаті (Mausumi Dikpata) з Національного Центру Атмосферних Досліджень (NCAR), передбачила, що 24 цикл, пік якого буде на 2021 г. . Хатауей (Hathaway) погоджується: «24 цикл буде сильним. 25 цикл буде слабким. Обидва ці передбачення базуються на спостереженнях за поведінкою «Великого Конвекційного Поясу»
Як же ведуться спостереження за поясом, зануреним на 200 000 км нижче поверхні Сонця?
"Ми робимо це, використовуючи сонячні плями", пояснює Хатауей (Hathaway). Сонячні плями є магнітні вузли, які піднімаються як бульбашки з основи пояса, зрештою, вискакуючи на поверхню Сонця. Астрономи вже давно знають про те, що сонячні плями схильні до дрейфу від середніх сонячних широт до сонячного екватора. Відповідно до існуючих поглядів, цей дрейф викликаний рухом пояса. "Вимірюючи зміщення груп сонячних плям", говорить Хатауей (Hathaway), "ми побічно вимірюємо швидкість руху пояса".
Хатауей (Hathaway) спостерігає за швидкістю пояса, викреслюючи зміщення груп сонячних плям від високих до низьких сонячних широт. Ця схема називається «Діаграма метеликів». Нахил крил показує швидкість пояса.
Використовуючи дані сонячних плям за минулий період, Хатауей (Hathaway) зміг хронометрувати «Великий Конвекційний Пояс» до 1890 р. Отримані цифри переконують: протягом більш ніж ста років «швидкість пояса служила надійним провісником майбутньої сонячної активності».
Якщо подібна тенденція збережеться, 25 цикл сонячної активності у 2022 р. може, як і сам пояс, «вийти за межі нижніх показників діаграм».
Після винаходу телескопа астрономи Галілео Галілей, Томас Герріот, Крістоф Шейнер та Ян Фабріціус незалежно виявили, що на диску Сонця з'являються плями. Однак знадобилося майже 250 років, щоб зрозуміти, що поведінка Сонця підпорядковується певному розкладу з періодом 11 років. Одинадцятирічну періодичність сонячної активності випадково відкрив у ХІХ столітті німецький аптекар Генріх Швабе. Він захоплювався астрономією і з допомогою аматорського телескопа прагнув виявити малу гіпотетичну планету всередині орбіти Меркурія. Планету він не знайшов, але завдяки систематичним спостереженням відкрив цикли сонячної активності. Наразі такі спостереження за сонячними плямами проводяться двічі на день протягом усього року обсерваторіями по всьому світу та прогнозування 11-річного сонячного циклу має першорядне значення у багатьох галузях людської діяльності у космосі та на Землі.
Космічна погода
Визначний російський вчений Олександр Чижевський на початку XX століття запропонував ідею про космічну погоду і заклав основу виникнення нової галузі науки, що досліджує сонячно-земні взаємозв'язки. Він говорив, що Земля постійно перебуває у обіймах Сонця. І настрій Сонця передається Землі через ці обійми. З сонячної корони, атмосфери Сонця, постійно спливає сонячний вітер, потік заряджених частинок, який обдуває Землю та інші планети сонячної системи. Сонячний вітер переносить у собі енергію Сонця, розтягує та забирає із собою сонячне магнітне поле в космічний простір. У результаті вся сонячна система заповнюється сонячним вітром та сонячним магнітним полем. А оскільки Сонце обертається, то магнітне поле в міжпланетному просторі набуває форми хвилястих спіральних складок на кшталт багатошарової спідниці балерини. А Земля і всі планети сонячної системи мешкають у цих складках.
Solar and Heliospheric Observatory Зображення ілюструє сонячну активність за 11 років, від мінімуму в 1996 році, ло максимуму в 2001 і до повернення до мінімуму в 2006
Прогнози активних подій на Сонці людям так чи інакше доводиться враховувати у своїх повсякденних планах. Переведення супутника в безпечний режим під час активних подій на Сонці може запобігти порушенню роботи сонячних батарей та ключових систем супутників. Космічна погода є загрозою космонавтам, які знаходяться у відкритому космосі, схильні до значного опромінення, що перевищує поріг променевої хвороби. Активні події на Сонці можуть призводити до перешкод у поширенні радіосигналів. Космічна погода впливає на дози радіації, які отримують пілоти та пасажири, особливо під час трансполярних перельотів. Своєчасне прогнозування космічної погоди має велике значення для авіації та захисту цілого ряду наземних технічних систем, для польоту людини до космосу, запусків наукових та комерційних супутників.
Сонячний цикл починається із зародження плям на полюсах, з розвитком циклу з'являється все більше плям, що рухаються з полюсів до екватора Сонця. У мінімумі сонячної активності, коли плями на Сонці практично відсутні, магнітне поле Сонця виглядає як звичайний магніт з круговими магнітними лініями та двома полюсами. Оскільки екватор Сонця обертається швидше, ніж полюси, то під час обертання Сонця магнітне поле хіба що заплутується, як клубок ниток. У міру наближення до максимуму сонячної активності звичне магнітне поле з двома полюсами перетворюється на безліч локальних магнітних полів на поверхні Сонця, в атмосфері Сонця висуваються переплутані петлі, які містять сонячну речовину, і вони можуть викинутися у вигляді спалахів і корональних викидів мас і досягти Землі. Отже, у максимумі сонячної активності кількість активних подій на Сонці суттєво збільшується. З іншого боку, на піку своєї активності магнітне поле Сонця настільки сильне, що викидає галактичні космічні промені з нашої сонячної системи, які становлять велику небезпеку для технологічних систем у космосі. Кожні 11 років полюси Сонця змінюються місцями, південний опиняється дома північного, і навпаки. Це складний процес, який до кінця не вивчений, і модель сонячного динамо є одним із найскладніших нелінійних завдань математичної фізики.
Прогноз сонячних циклів
Кожному сонячному циклу надається номер, наприклад, зараз ми наближаємося до мінімуму 24 циклу сонячної активності. Завдання вчених спрогнозувати силу наступного 25 циклу сонячної активності якомога раніше. Вчені зі Сколтеха, Грацького університету імені Карла та Франца та Королівської обсерваторії Бельгії розробили метод, який дозволяє виконати прогноз сили наступного 11-стрічкового циклу дуже рано, а саме на етапі максимуму поточного сонячного циклу. Це означає, що поточний сонячний цикл на етапі свого піку, коли відбувається переполюсування магнітного поля Сонця, вже несе знання про силу майбутнього 11-річного циклу. Дані відкриття можуть допомогти у вивченні механізму дії сонячного динамо. Аналіз показав, що короткострокові варіації сонячної активності у фазі падіння циклу пов'язані із силою наступного циклу. Раптові стрибки активності в фазі падіння і уповільнення швидкості падіння відносного числа сонячних плям свідчить про наявність активності, яка проявляється в більшій амплітуді наступного циклу в порівнянні з поточним циклом. У цьому дослідженні пропонується новий і робастний метод для кількісної оцінки короткострокових варіацій сонячної активності на етапі максимуму поточного сонячного циклу, на початку фази падіння, і формується значний індикатор для прогнозування сили наступного циклу.
Згідно з прогнозом, майбутня сонячна активність буде низькою і сила наступного 25-го циклу сонячної активності буде ще меншою, ніж сила поточного циклу 24-го циклу сонячної активності. Результати дослідження опубліковані у журналі The Astrophysical Journal.
«Космічна погода — це наука майбутнього, те, що нас усіх об'єднує, робить наше життя кращим, дозволяє дбати про нашу планету. Це наступний крок у освоєнні космосу. І які б не вирували бурі, ми бажаємо вам гарної космічної погоди!» — каже перший автор дослідження, професор Сколтеха, Тетяна Підладчікова.
Матеріал надано прес-службою Сколківського інституту науки та технологій (