На протяжении большей части человеческой истории Солнце казалось стабильным. Это было стоическое звездное присутствие, занимающееся своим делом, превращая водород в гелий за пределами нашего сознания и помогая Земле оставаться пригодной для жизни. Но в наш современный технологический век этот фасад исчез.
Теперь мы знаем, что Солнцем управляют мощные магнитные поля, и по мере того, как эти поля циклически изменяются, Солнце становится более активным. Сейчас, по данным НАСА, Солнце находится в максимальной солнечной активности, в период повышенной активности.
Солнечный максимум означает примерно то же, что и звучит. В этой фазе цикла наша звезда проявляет максимальную активность. Интенсивные магнитные поля Солнца производят больше солнечных пятен и солнечных вспышек, чем в любое другое время его 11-летнего цикла.
Солнечный максимум полностью основан на магнитных полях Солнца. Эти поля измеряются в единицах Гаусса, которые описывают плотность магнитного потока. Полюсы Солнца имеют величину от 1 до 2 гаусс, но солнечные пятна намного выше — около 3000 гаусс. (Земля имеет плотность всего от 0,25 до 0,65 гаусс на поверхности.) Поскольку магнитное поле там, где появляются солнечные пятна, намного сильнее, они препятствуют конвективному нагреву из глубины Солнца. В результате солнечные пятна выглядят как темные пятна.
Солнечные пятна являются визуальными индикаторами 11-летнего цикла Солнца. Национальное управление океанических и атмосферных исследований и международная группа под названием «Группа по прогнозированию солнечного цикла» наблюдают за солнечными пятнами, чтобы понять, где находится Солнце в своем цикле.
«Во время солнечного максимума количество солнечных пятен и, следовательно, интенсивность солнечной активности увеличивается», — сказал Джейми Фаворс, директор Программы космической погоды в штаб-квартире НАСА в Вашингтоне. «Это увеличение активности дает прекрасную возможность узнать о нашей ближайшей звезде, но также вызывает реальные последствия на Земле и во всей нашей солнечной системе».
Недавно многие из нас обратили внимание на эти последствия. В мае 2024 года Солнце запустило несколько CME. Когда магнитные поля и заряженные частицы достигли Земли, они вызвали самую сильную геомагнитную бурю за последние 200 десятилетий. Они создали красочные полярные сияния, которые были видны гораздо дальше от полюсов, чем обычно. НАСА заявляет, что эти полярные сияния, вероятно, были одними из самых сильных проявлений за последние 500 лет.
Ученые знают, что Солнце находится в солнечном максимуме. Но это длится целый год. Они не узнают, когда его активность достигнет пика, пока они не наблюдают за ним в течение нескольких месяцев и его активность не снизится.
«Это объявление не означает, что это пик солнечной активности, который мы увидим в этом солнечном цикле», — сказал Эльсайед Талаат, директор по операциям космической погоды в NOAA. «Хотя Солнце достигло периода солнечного максимума, месяц пика солнечной активности на Солнце не будет определен в течение месяцев или лет».
Каждый цикл индивидуален, что затрудняет определение пика солнечной активности. Различные пики имеют разную продолжительность и имеют более высокие или более низкие пики, чем другие.
Понимание солнечного цикла важно, потому что он создает космическую погоду. Во время солнечного максимума увеличение количества солнечных пятен и вспышек также означает увеличение количества корональных выбросов массы (КВМ). КВМ могут поразить Землю, и когда они это сделают, они могут вызвать полярные сияния и геомагнитные бури. CME, представляющие собой капли горячей плазмы, также могут влиять на спутники, средства связи и даже электрические сети.
Обсерватория солнечной динамики НАСА запечатлела эти изображения солнечных вспышек ниже, как видно на ярких вспышках на левом изображении (вспышка 8 мая 2024 г.) и правом изображении (вспышка 7 мая 2024 г.). На изображении виден свет с силой 131 ангстрем, разновидность крайнего ультрафиолета, который выделяет чрезвычайно горячий материал в бликах и окрашен в оранжевый цвет.
через GIPHY
Во время солнечного максимума Солнце производит в среднем три КВМ каждый день, а во время солнечного минимума оно падает до одного КВМ каждые пять дней. Наибольшую озабоченность вызывает воздействие КВМ на спутники. В 2003 году на спутниках произошло 70 различных отказов. Сбои варьировались от ошибочных сигналов в электронике спутника до разрушения электрических компонентов. Солнечная буря, произошедшая в 2003 году, была признана виновной в 46 из этих 70 неудач.
CME также представляют опасность для астронавтов, находящихся на орбите Земли. Повышенная радиация представляет риск для здоровья, и во время штормов космонавты ищут безопасности в самой защищенной части МКС — российском служебном модуле «Звезда».
Галилей и другие астрономы заметили солнечные пятна сотни лет назад, но не знали точно, что они собой представляют. В брошюре 1612 года под названием «Письма о солнечных пятнах» Галилей писал: «Солнце, вращаясь вокруг своей оси, переносит их по кругу, не обязательно показывая нам одни и те же пятна, или в том же порядке, или имеющие одну и ту же форму». Это контрастировало с взглядами других на пятна, некоторые из которых предполагали, что они являются естественными спутниками Солнца.
Мы знали о магнитных полях Солнца уже 200 лет, хотя сначала ученые не знали, что магнетизм исходит от Солнца. В 1724 году английский геофизик заметил, что его компас ведёт себя странно и в течение дня отклоняется от магнитного севера. В 1882 году другие ученые связали эти магнитные эффекты с увеличением количества солнечных пятен.
За последние десятилетия мы узнали гораздо больше о нашем звездном спутнике благодаря космическим кораблям, занимающимся его изучением. НАСА и ЕКА запустили Солнечную и гелиосферную обсерваторию (SOHO) в 1995 году, а НАСА запустило Обсерваторию солнечной динамики (SDO) в 2010 году. В 2011 году мы получили первый обзор Солнца на 360 градусов благодаря двум солнечно-земным объектам НАСА. Космический корабль «Обсерватория» (СТЕРЕО). В 2019 году НАСА запустило солнечный зонд Паркер, который также является самым быстрым космическим кораблем человечества.
Наше понимание Солнца и его циклов теперь гораздо более полное. Текущий цикл, 25-й, является 25-м с 1755 года.
«Активность солнечных пятен в 25-м солнечном цикле немного превзошла ожидания», — сказала Лиза Аптон, сопредседатель Группы по прогнозированию солнечного цикла и ведущий научный сотрудник Юго-Западного исследовательского института в Сан-Антонио, штат Техас. «Однако, несмотря на несколько крупных штормов, они не крупнее, чем мы могли бы ожидать во время максимальной фазы цикла».
Самая мощная вспышка в 25-м цикле произошла 3 октября, когда Солнце испустило вспышку класса X9. Но ученые ожидают новых вспышек и активности в будущем. Даже на спадающей фазе цикла могут быть очень мощные штормы, хотя они и не так распространены.
Изображение предоставлено: НАСА/SDO.
11-летний цикл Солнца — это лишь один из его циклов, вложенный в более крупные циклы. Цикл Глейсберга длится от 80 до 90 лет и модулирует 11-летний цикл. Цикл де Фриса или цикл Зюсса длится от 200 до 210 лет, а цикл Гальштата — около 2300 лет. Оба этих цикла способствуют долгосрочным изменениям солнечной активности.
Однако даже несмотря на все, что мы знаем о Солнце, в наших знаниях существуют большие пробелы. Магнитные полюса Солнца меняются в течение 11-летнего цикла, и ученые не знают, почему.
Нам еще многое предстоит узнать о Солнце, но у нас не останется времени на его изучение в ближайшее время. Она находится в середине своего 10-миллиардного существования и будет звездой главной последовательности еще пять миллиардов лет.
