Солнце — это не просто неизменный источник света и тепла. Его поверхность живёт своей сложной жизнью, подчиняясь циклам активности, которые длятся примерно 11 лет. В пиковые моменты на светиле появляется множество тёмных пятен — областей с мощным магнитным полем. Эти циклы не повторяются один в один: одни бывают бурными и короткими, другие — затяжными и относительно спокойными. Ещё в 1935 году астроном Макс Вальдмайер заметил закономерность: чем мощнее цикл, тем быстрее он набирает силу. Это правило стало важным ориентиром для физиков, пытающихся понять, как работает внутренний магнитный механизм Солнца — так называемое динамо. Считалось, что такая связь указывает на сильную нелинейность этого механизма, то есть на то, что магнитное поле активно влияет на само себя, усиливая или тормозя собственную генерацию.
Однако исследователь из Института солнечно-земной физики СО РАН в Иркутске Леонид Кичатинов решил проверить это правило более пристально, используя не только привычные числа Вольфа — условный индекс, который учитывает и количество пятен, и число их групп, — но и прямые измерения их площадей. А площадь пятна напрямую связана с величиной магнитного потока, который выходит на поверхность. Это более физичная характеристика, чем абстрактный индекс. Учёный проанализировал данные за 14 циклов, с 12-го по 25-й, охватывающих период с 1874 года по конец 2025 года. Чтобы устранить случайные помехи и чётко определить моменты начала и пика каждого цикла, он применил специальный метод сглаживания — гауссов фильтр, который не искажает естественные колебания, в отличие от традиционного усреднения.
Результаты оказались неожиданными и по-своему парадоксальными. Для чисел Вольфа правило Вальдмайера подтвердилось с высокой статистической достоверностью — вероятность случайности составляет менее 0,3%. Но когда учёный посмотрел на площади пятен, картина резко изменилась: корреляция между скоростью роста и амплитудой оказалась намного слабее, а уровень достоверности упал примерно до 70%. Это значит, что для площадей эффект если и существует, то выражен гораздо менее отчётливо. Почему же индексы так сильно расходятся с реальной геометрией пятен? Ответ кроется в самой природе чисел Вольфа. Они учитывают мелкие пятна и группы пятен с тем же весом, что и крупные образования, хотя физическая роль у них совершенно разная. В начале цикла, когда активность только нарастает, доля мелких, короткоживущих пятен относительно велика, поэтому числа растут быстрее, чем суммарная площадь. А ближе к максимуму начинают преобладать крупные долгоживущие пятна, и площадь догоняет индекс. Более того, траектории циклов на графиках «число — площадь» часто образуют петлю: фаза роста идёт по одной линии, фаза спада — по другой, более низкой. Это означает, что во время затухания активности пятна в среднем крупнее, чем в начале цикла.
Таким образом, высокая корреляция для чисел Вольфа оказывается артефактом — побочным продуктом метода подсчёта, а не отражением глубинных физических процессов. Слабое проявление правила Вальдмайера для площадей говорит о том, что нелинейность солнечного динамо на самом деле не такая уж сильная. Это важно, потому что многие модели предполагают, что динамо работает в режиме, значительно превышающем критический порог, когда поле растёт как снежный ком. Однако новые данные указывают на более мягкий режим. И это согласуется с наблюдениями других звёзд: у более быстрых вращающихся светил правило Вальдмайера выражено ярче, а у Солнца, которое вращается относительно медленно, — слабее. По сути, наше светило находится в переходной зоне, и его магнитная активность подчиняется более тонкой регуляции, чем считалось раньше. Это открытие не только уточняет наши модели солнечного динамо, но и помогает лучше понимать поведение других звёзд во Вселенной. Автор работы также отмечает, что обнаруженное различие между фазами роста и спада может пролить свет на то, как именно формируются солнечные пятна — процесс, который до сих пор остаётся во многом загадочным.
Исследование опубликовано в журнале «Солнечно-земная физика»
Изображение на обложке: разработано Magnific
