Хотя Солнце, находящееся рядом с нами, является наиболее изученной звездой, на многие вопросы о его физике еще нет полных ответов. К ним относятся ритмические колебания солнечной активности. Наиболее известная из них заключается в том, что в среднем солнце достигает максимума излучения каждые одиннадцать лет, что эксперты называют циклом Швабе.
Этот цикл активности возникает из-за того, что магнитное поле Солнца меняется в течение этого периода и в конечном итоге меняет полярность. Это само по себе не является чем—то необычным для звезды - если бы не тот факт, что цикл Швабе удивительно стабилен.
На цикл Швабе накладываются другие, менее очевидные колебания активности продолжительностью от нескольких сотен дней до нескольких сотен лет, каждое из которых названо в честь своих первооткрывателей. Хотя уже предпринимались различные попытки объяснить эти циклы и математические расчеты, всеобъемлющей физической модели до сих пор нет.
Планеты задают ритм
В течение нескольких лет доктор Фрэнк Стефани из Института гидродинамики HZDR был сторонником "планетарной гипотезы", поскольку ясно, что притяжение планет оказывает приливное воздействие на солнце, аналогичное воздействию Луны на Землю. Этот эффект проявляется сильнее всего каждые 11,07 года: всякий раз, когда три планеты Венера, Земля и Юпитер выстраиваются относительно солнца в особенно яркую линию, сравнимую с весенним приливом на Земле в новолуние или полнолуние. Это явно совпадает с циклом Швабе.
Магнитное поле Солнца формируется за счет сложных движений электропроводящей плазмы внутри солнца. "Вы можете представить это как гигантскую динамо-машину. Хотя это солнечное динамо само по себе генерирует примерно 11-летний цикл активности, мы думаем, что затем влияние планет вмешивается в работу этого динамо, неоднократно давая ему небольшой толчок и, таким образом, создавая необычайно стабильный 11,07-летний ритм на солнце ", - объясняет Стефани.
Несколько лет назад он и его коллеги обнаружили убедительные доказательства синхронизированного процесса такого рода в доступных данных наблюдений. Они также смогли соотнести различные солнечные циклы с движением планет, просто используя математические методы. Однако поначалу корреляцию не удавалось достаточно объяснить физически.
Волны Россби на солнце действуют как посредники
"Теперь мы нашли лежащий в основе физический механизм. Мы знаем, сколько энергии требуется для синхронизации динамо-машины, и мы знаем, что эта энергия может быть передана солнцу с помощью так называемых волн Россби. Замечательно то, что теперь мы можем объяснить не только цикл Швабе и более длительные солнечные циклы, но и более короткие циклы Ригера, которые мы даже не рассматривали ранее ", - говорит Стефани.
Волны Россби - это вихревые течения на Солнце, аналогичные крупномасштабным волновым движениям в атмосфере Земли, которые управляют системами высокого и низкого давления.
Исследователи подсчитали, что приливные силы во время весенних приливов на двух из трех планет, Венере, Земле и Юпитере, обладали в точности подходящими свойствами для активации волн Россби — понимание, имеющее множество последствий.
Прежде всего, эти волны Россби затем достигают достаточно высоких скоростей, чтобы придать солнечному динамо необходимый импульс. Во-вторых, это происходит каждые 118, 193 и 299 дней в соответствии с циклами Ригера, которые наблюдались на солнце. И, в-третьих, все дополнительные солнечные циклы могут быть рассчитаны на этой основе.
Все циклы объясняются единой моделью
Вот тут-то и вступает в дело математика: наложение трех коротких циклов Ригера автоматически приводит к известному 11,07-летнему циклу Швабе. И модель даже предсказывает долгосрочные колебания солнца, потому что движение солнца вокруг центра тяжести солнечной системы вызывает так называемый период биений в 193 года на основе цикла Швабе.
Это соответствует порядку величины другого наблюдаемого цикла, цикла Зюсс-де Фриза.
В этом контексте исследователи обнаружили впечатляющую корреляцию между рассчитанным 193-летним периодом и периодическими колебаниями климатических данных. Это еще один веский аргумент в пользу планетарной гипотезы, потому что "резкий пик Зюсс-де Фриза в 193 года вряд ли можно объяснить без стабильности фазы в цикле Швабе, которая присутствует только в синхронизированном процессе", - оценивает Стефани.
Означает ли это, что на вопрос о том, следует ли солнце за движением планет, наконец-то получен ответ? Стефани говорит: "Вероятно, мы будем уверены на 100% только тогда, когда у нас будет больше данных. Но аргументы в пользу процесса, запускаемого планетами, сейчас очень веские."
Источник: Solar Physics, Ассоциация немецких исследовательских центров имени Гельмгольца
На изображении:
В настоящее время солнце снова приближается к максимальной активности в 11-летнем "цикле Швабе", здесь изображение с солнечной орбиты от октября 2023 года.
Предоставлено: ЕКА и НАСА / Solar Orbiter / Команда EUI
Дополнительные материалы
