Недавно ученые обнаружили на Солнце гигантскую линию длиной чуть ли ни в миллион километров. Сообщения об этом явлении появились в различных СМИ. То ли наше светило улыбнулось, то ли решило развалиться на две половинки. Отделить зерна от плевел мы попросили директора Кисловодской горной астрономической станции Пулковской обсерватории РАН доктора физико-математических наук Андрея ТЛАТОВА.
— Правда в том, что приближается пик активности Солнца, — рассказывает Андрей Георгиевич. — Нас ожидает главное событие — смена его полюсов. Ждать осталось недолго: шесть — девять месяцев. На Солнце этот процесс подчиняется четкой цикличности, как и периоды активности. Переполюсовка происходит примерно в максимуме солнечного цикла. На светиле очень хорошо видна линия (некоторые наблюдатели назвали ее трещиной, и этот неверный термин попал в СМИ) раздела полярности, которая движется от средних к высоким широтам. Продвигается, продвигается… и в какой-то момент исчезнет — смена полюсов произошла, начнется отсчет нового цикла солнечных пятен.
Линия — не трещина, а длинные волокна, или протуберанцы. Когда мы наблюдаем протуберанец над лимбом, он выглядит, как хлыст, фонтан… На фоне солнечного диска — темной линией, “трещиной”, “червяком”. Это облако холодного водорода. С одной стороны этой линии поле одного знака, с другой — противоположного.
— Андрей Георгиевич, почему Солнце регулярно меняет полюса?
— Гипотеза, объясняющая этот процесс, родилась в последние десятилетия. На Солнце функционирует гигантский транспортный механизм. Суть его в следующем. На экваторе из глубин светила всплывают магнитные поля. Течением они разносятся к полюсам, где вновь погружаются и около дна конвективной зоны отправляются в путешествие к экватору, чтобы там снова подняться на поверхность. В результате зарождаются солнечные пятна. Этакая бесконечная замкнутая транспортная лента, охватывающая все светило. Физика процесса представляется пока еще слабо, но основной принцип подтверждается наблюдениями.
— Апокалипсических прогнозов смены земных полюсов более чем достаточно. А чем грозит смена полюсов Солнца?
— Начнется новый цикл солнечной активности, рождения солнечных пятен. Значит, солнечный механизм работает в штатном режиме. И это хорошо, поскольку нынешний 23-й цикл оказался необычным. Он нарушил, казалось бы, одно из фундаментальных правил Гневышева — Оля. Оно гласит: после четного цикла следует нечетный, который всегда активнее предыдущего. На этом правиле было сделано много прогнозов. Но впервые нынешний нечетный — 23-й цикл — оказался ниже четного —
22-го. Некоторые ученые даже заявили, что пятен на Солнце не будет вообще. К счастью, эта страшилка не сбылась.
— Почему страшилка?
— Если пятен на Солнце не будет, значит, наше светило входит в длительный цикл минимума своей активности. Такой период в истории Земли был с 1645 по 1715 год, так называемый минимум Маундера, когда пятен на Солнце практически не было, что сопровождалось глобальным понижением температуры. Европа, например, пережила малый ледниковый период. Более того, документальные свидетельства той поры говорят, что холодные зимы предшествовали этому минимуму. И наоборот, теплый период совпал с эпохой Возрождения европейской цивилизации.
Тонкая, многогранная и глобальная взаимосвязь развития нашей цивилизации с космическими событиями существует. Прежде всего, с Солнцем. Связь между космической погодой и поведением на бирже рассматривал более 300 лет назад Джонатан Свифт. А связь между солнечными пятнами и ценой пшеницы впервые была установлена Уильямом Гершелем на основе исследования Адама Смита ‘Wealth of Nations’ (1776). Обнародование результатов привело к обвалу лондонской биржи. Гершель представил эти результаты в докладах Королевской академии (1801).
Пока нынешний цикл проходит без земных катаклизмов, хотя апокалипсических предсказаний тоже было хоть отбавляй. На всероссийской конференции “солнечников”, которая проходила в этом году в Санкт-Петербурге и в работе которой я принимал участие, с сарказмом напомнили еще одну страшилку. Мол, 21 сентября нынешнего года на Солнце произойдет мощная вспышка, которая вызовет на Земле различные негативные последствия. Сентябрь прошел, мы живы-здоровы.
— На Кисловодской станции вступил в строй первый патрульный телескоп-автомат. На подходе еще один. Это улучшит качество наблюдений?
— Кардинально. Теперь мы имеем возможность наблюдать за Солнцем чуть ли не ежесекундно. Причем в разных диапазонах. На орбите работает специальный американский спутник SDO (солнечная динамическая обсерватория). В отличие от космического аппарата наши приборы нацелены на изучение хромосферы, которая нас интересует особенно. Сейчас действительно заканчивается подготовка второго патрульного телескопа. Это приборы нового поколения. Работают по принципу: “включил — забыл”.
Естественно, что переход к новому режиму наблюдений потребовал новых методов обработки данных, создания адекватного программного обеспечения. У нас впервые появились калиброванные изображения. Они принципиально важны для получения достоверной научной информации, основы более ясного представления о происходящих на Солнце процессах, создания работоспособных реалистичных математических моделей.
— С появлением научного инструментария нового поколения меняются ли представления о процессах, происходящих на Солнце?
— Весьма существенно. Например, до недавнего времени считалось, что протуберанцы — это холодные водородные облака, статично висящие в горячей короне. На этом строились различные модели их зарождения, развития. Новые инструменты кардинально изменили наши представления. Оказалось, что это совокупность вихрей, которые постоянно взаимодействуют. На каком-то этапе некоторые из них становятся неустойчивыми, что приводит к выбросу вещества. Раньше это была лишь одна из гипотез. Теперь она подтверждается. По нашему мнению, подобные образования, скорее всего, связаны с магнитными полями. Однако многое в механизме их зарождения и эволюции еще не ясно.
— Можно ли сегодня утверждать, что процессы, происходящие на Солнце, типичны для подобного класса звезд?
— Да. Это одна из актуальных тем для дискуссий и исследований. Она, кстати, достаточно подробно обсуждалась на прошедшей в Петербурге конференции. Существуют программы по изучению звезд подобного класса. Под это “заточены” целые группы телескопов. Вывод таков: сходство звезд данного класса — фундаментальная закономерность.
Ученые выяснили, что молодые звезды демонстрируют более высокую активность, чем старые: больше пятен, вспышек, коронарных выбросов. Все процессы интенсивнее. Где-то после миллиарда лет своей жизни звезды начинают замедлять вращение, интенсивность процессов несколько снижается, и наступает так называемый период стабилизации. У них цикличность, подобная солнечной, и т.д. То есть эти звезды ведут себя схожим образом. Изучая такую звезду, мы по ее возрасту можем определить уровень активности либо по уровню активности определить возраст.
Правда, тут возникает масса новых вопросов. Например, известно из палеонтологии, что жизнь на Земле зародилась чуть ли не сразу после формирования планетных систем. Но 3 миллиарда лет назад Солнце было совсем другим. К примеру, общий поток его излучения был на 30% меньше, чем сейчас. Значит, Земля была ледяным шаром!
А ведь, согласно наиболее распространенной ныне теории, жизнь зародилась в первичном океане, в некоем “бульоне”. Но его априори не могло быть. Достаточно сказать, что, если суммарный поток излучения Солнца сегодня изменится на 3%, жизнь на Земле станет невозможной. По крайней мере, все высшие живые существа вымрут. А тогда разница была аж в 30%! Загадка холодного Солнца. Считается, что планеты и наше светило произошли из одного протопланетного облака. Оно было достаточно большим, гораздо больше нынешнего Солнца, и медленно вращалось. При сжатии и образовании центрального тела, то есть звезды, падающее вещество все сильнее ее раскручивало. Вспомните фигуриста, прижимающего руки к телу и вращающегося быстрее. Это происходит вследствие закона сохранения углового момента, при расчете которого учитываются масса, радиус, угловая скорость и период вращения.
Поскольку основная часть вещества нашей системы находится в Солнце, то можно ожидать, что почти весь угловой момент будет у светила, ведь падающее вещество и “приносило” его на звезду.
Но это не так! На Солнце приходятся только 2% от углового момента нашей системы. А 98% — в планетах, в основном в Юпитере. Хотя его масса в тысячу раз меньше солнечной.
Существуют различные гипотезы насчет того, как это произошло, в том числе экзотические. Например: рядом с нашей системой пролетала другая звезда и вывернула все планеты наизнанку, то есть поставила тяжелые планеты далеко, а малые близко к Солнцу. Другая: вокруг нашего светила вращаются “чужие” планеты, не из нашего протопланетного облака. Как показал спутник “Генезис” (он ловил солнечный ветер), изотопный состав на Земле и на Солнце разный. То есть, возможно, планеты и Солнце были собраны из разного материала или разных протопланетных облаков.
В соответствии с другой гипотезой, от нашей звезды, когда она была молодая, дул очень сильный солнечный ветер. Он и “унес” угловой момент. Но последние данные показали, что за все время эволюции Солнце потеряло менее 2% вещества. Значит, и этот механизм не работает.
— А процесс зарождения, развития, смерти солнечных пятен ученым понятен?
— Нет. Только за последние десятилетия стало ясно, что это нечто, всплывающее из глубин Солнца на поверхность. Но мы пока способны проникнуть в глубины светила лишь на какой-то десяток тысяч километров. А надо на 30, 40, 50 тысяч, тогда картина станет более четкой. Современные гипотезы опускают места зарождения солнечных пятен на глубины порядка 200 тысяч километров. Впрочем, есть иная точка зрения, согласно которой солнечные пятна — сугубо поверхностное образование. Но даже если верна гипотеза их глубинного зарождения, нет ясности, почему и как это происходит.
Так, пятна имеют очень высокую напряженность магнитных полей — килогауссов. Пятна рождаются из крупномасштабного магнитного поля. Его напряженность очень мала — один, два, максимум пять гауссов. Как за сравнительно короткий промежуток времени (порядка нескольких лет) напряженность увеличивается в тысячи раз? Пока механизм, способный провести столь масштабную работу, мы на Солнце не обнаружили.
Теории, объясняющие это явление, конечно, есть. Одна из них связывает процесс с дифференциальным вращением. То есть на экваторе Солнце вращается быстрее полюсов. В результате магнитное поле как бы навивается, словно витки пружины. Но математическое моделирование показывает: подобный механизм способен повысить напряженность магнитного поля в лучшем случае в 30-40 раз, но не в тысячи. Вот один из примеров, свидетельствующих о том, как далеки ученые от объяснения происходящих на Солнце явлений.
— Ну, хоть о цикличности солнечной активности мы можем утверждать, что она существует с момента образования звезды?
— Мы можем уверенно говорить только о периоде порядка 30 тысяч лет. Что было раньше — лишь косвенные указания. Когда Солнце имеет высокую активность, оно препятствует прохождению космических лучей. Они не доходят до Земли, на ней не зарождаются изотопы углерода-14 и бериллия-10, которые накапливаются в деревьях или во льду. Ученые сверлят во льду дырку и по годовым отложениям говорят: вот здесь был максимум, значит, Солнце отдыхало, а здесь минимум — интенсивно работало. Для более отдаленных эпох нет надежного маркера. Но поскольку цикличность была в течение последних нескольких десятков тысяч лет, предполагается, что механизм работал и раньше.
— Взаимосвязь солнечной цикличности и процессов, происходящих на Земле, хотя бы за эти 30 тысяч лет очевидна?
— Этого уже никто не оспаривает. Основные климатические эпохи совпадают с большими или малыми солнечными циклами. Возникает другой вопрос: может ли произойти на Солнце нечто, что кардинальным образом изменит ситуацию на Земле? Нередко пугают, к примеру, мощными вспышками. На других звездах мы наблюдаем вспышки, на три порядка, скажем, мощнее солнечных.
Возможны ли какие-то выходящие из ряда вон события у нас? Да. В сентябре 1859 года на Солнце произошла очень мощная вспышка, так называемое событие Ричарда Кэррингтона. Причем цикл-то был средненьким. В результате на Аляске ночи стали такими светлыми, что золотоискатели возобновили работу. И не только на Аляске, но и в Европе. Во многих местах вышел из строя телеграф. Представляете, что будет в современном мире, насыщенном самыми разными средствами коммуникации?
— Неужели нельзя спрогнозировать хотя бы в общих чертах предстоящие события, построить математические модели?
— Пока не получается. В 2006 году американские ученые объявили на весь мир о создании модели солнечного цикла. С ее помощью сделали прогноз текущего цикла, который выходил очень большим. Что мы наблюдаем? Обратную картину.
Существует иной метод солнечного прогнозирования с помощью предвестников. Это делается на нашей станции. Так, по крупномасштабному магнитному полю, по его конфигурации мы можем сказать, что будет в следующем цикле. Именно на Кисловодской станции предположили слабость нынешнего цикла. И предыдущий цикл точно спрогнозировали.
Еще один довольно надежный предвестник — уровень полярной активности. Изучая процессы, происходящие там, можно прогнозировать, что будет потом. На один-два цикла. На более длительные периоды пока нет. Но есть осторожный оптимизм.
Между тем для России, как северной страны, создание долгосрочного прогноза солнечной активности более чем актуально. Еще недавно обсуждались меры, связанные с глобальным потеплением. Вплоть до того, что рассматривались вопросы строительства новых городов из-за затопления целых регионов. Но потепления вроде как уже нет. Более того, какие-то территории может покрыть ледяной панцирь. Как это, кстати, было в не столь уж далеком прошлом. Что тогда?
Россия — страна большая. Мы можем наблюдать Солнце почти весь день. В советский период система синоптических наблюдений так и создавалась: Уссурийск — Иркутск — Кисловодск. В Иркутске, кстати, станция выросла до крупного НИИ. Идея мониторинга на разнесенных станциях логична и плодотворна. К сожалению, сегодня эта сеть практически порушена. Систематические и регулярные наблюдения ведем только мы.
Понятно, что эту сеть надо возродить. У страны должна быть единая синоптическая служба. Причем современные патрульные телескопы-автоматы не требуют огромных денег. Это наши вполне работоспособные и надежные инструменты. Мы сейчас готовим соответствующие предложения.
Беседовал Станислав ФИОЛЕТОВ
От автора: Странно, что очевидную идею никак не получается реализовать. Тем более что у РАН есть положительный пример — Геофизическая служба. Только на Северном Кавказе у нее работают три центра предварительной обработки информации: в Кисловодске, Владикавказе и Махачкале. Десятки сейсмостанций, других приборов позволяют мониторить практически всю территорию страны. И сеть развивается. В случае же “солнечников” речь идет пока о возрождении трех точек. Польза же от этого будет очень весомой.
Нет комментариев