Учёные привыкли следить за активностью Солнца по тому, что видно на его поверхности: пятнам, вспышкам, излучению и другим признакам солнечного цикла.
Но теперь выяснилось, что эта картина была неполной.
Астрономы заглянули глубже — точнее, «прислушались» к внутренним колебаниям Солнца — и обнаружили заметные изменения за последние 40 лет. По словам исследователей, эти данные могут говорить о том, что наша звезда входит в другой режим поведения.
Ведущий автор работы, астрофизик Билл Чаплин из Бирмингемского университета, объясняет: учёные нашли признаки систематических изменений в солнечном цикле. Особенно важно то, что магнитная активность с каждым циклом всё сильнее ограничивается областями ближе к поверхности.
Почему солнечный цикл так важен
Активность Солнца растёт и падает примерно в рамках 11-летнего цикла.
Во время солнечного минимума звезда относительно спокойна. А вот во время максимума Солнце становится куда более бурным: чаще происходят мощные вспышки и выбросы корональной массы.
Такие выбросы могут мешать работе спутников, GPS, связи и электросетей.
У Солнца есть магнитное поле с двумя полюсами, как у простого магнита. Но создаётся оно не твёрдым телом, а постоянным движением горячей электрически заряженной плазмы.
Внутри Солнца всё бурлит, а вращается оно неравномерно: на экваторе быстрее, чем в других областях. Из-за этого магнитное поле закручивается, растягивается и постепенно меняется. В итоге северный и южный магнитные полюса меняются местами примерно раз в 11 лет. Это и составляет один солнечный цикл.
Последние циклы оказались необычными
За последние несколько циклов учёные уже видели заметные изменения в общей активности Солнца и в развитии его магнитных полей.
Предыдущий цикл, Cycle 24, был заметно слабее по солнечной активности: меньше пятен, слабее излучение на разных длинах волн.
Ожидалось, что нынешний Cycle 25 продолжит эту тенденцию. Но новые данные показали: под поверхностью Солнца могут происходить более интересные изменения.
Чтобы это проверить, Чаплин и его коллеги изучили почти 40 лет данных о движении солнечной поверхности. Эти данные были собраны Birmingham Solar Oscillations Network — BiSON — начиная с 1987 года. Они охватывают циклы с 22-го по 25-й.
BiSON — это сеть из шести спектрометров по всему миру. Она работает с 1976 года и следит за Солнцем методом гелиосейсмологии.
Этот метод позволяет замечать крошечные изменения в солнечном свете, вызванные колебаниями внутри звезды.
Солнце словно огромный термоядерный колокол
Исследователи анализировали так называемые p-mode oscillations — колебания, которые возникают, когда звуковые волны проходят через Солнце.
Из-за этого Солнце как будто «звенит», словно гигантский термоядерный колокол.
Чтобы понять, что происходит на разных глубинах, команда изучила три диапазона частот колебаний: низкий, средний и высокий.
Затем эти данные сравнили с обычными показателями солнечной активности на поверхности. Среди них — количество и размер солнечных пятен, а также радиоизлучение Солнца.
Так учёные сопоставили внутреннюю активность звезды с тем, что происходит снаружи, включая сложную для понимания корону.
Поверхность выглядит слабее, а внутри всё иначе
Картина оказалась необычной.
Внешняя активность Солнца действительно выглядит более слабой, как и ожидалось. Но внутренние высокочастотные колебания, наоборот, стали сильнее — больше похожими на старые циклы.
Из этого исследователи сделали вывод: магнитная активность и структурные изменения, связанные с солнечным циклом, всё сильнее концентрируются в неглубоких областях — примерно в 1000 километрах под поверхностью.
По словам Чаплина, такое открытие сделано впервые. И без долгих наблюдений BiSON его было бы невозможно заметить.
Зачем это нужно знать
Долгосрочные наблюдения помогают увидеть, как меняется активность Солнца не за один год, а на протяжении целых циклов.
Это важно не только для науки. Чем лучше учёные понимают связь между магнитными полями Солнца и его вспышками, тем точнее можно прогнозировать космическую погоду.
А космическая погода влияет на заряженные частицы, геомагнитные бури и земную электрическую инфраструктуру.
Новая работа также показывает, что связь между внутренними колебаниями Солнца и активностью на поверхности изменилась за последние несколько циклов.
Астроном Сарбани Басу из Йельского университета говорит, что исследователи обнаружили эволюцию этой связи.
Что будет дальше
Дальнейшие наблюдения BiSON помогут понять, сохранится ли эта тенденция, когда Cycle 25 завершится, а Cycle 26 официально начнётся примерно около 2030 года.
Возможно, это устойчивое изменение. А возможно, Солнце снова поведёт себя неожиданно.
Но в любом случае данные указывают на серьёзный сдвиг внутри звезды.
По словам Басу, этот тренд нельзя объяснить просто более слабыми магнитными полями. Он говорит о структурной перестройке того, как магнитная активность Солнца хранится под его поверхностью.
Исследование опубликовано в Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
