Исследователи физики Солнца на протяжении многих лет пытаются найти всеобъемлющее объяснение существованию множества циклов колебания солнечной активности. Учёные из Института гидродинамики Центра им. Гельмгольца Дрезден-Россендорф и Института механики сплошных сред УрО РАН пришли к выводу, что солнечный цикл подвержен влиянию сил притяжения планет Солнечной системы.
Все циклы в одной модели
Помимо самого известного цикла Швабе, который продолжается 11,07 года, выделяют ещё удвоенный цикл Хейла, вековой цикл Гляйсберга, двухвековые колебания Зюсса – де Врие и различные тысячелетние циклы. С момента открытия всех этих периодов бесспорным оставался факт влияния на активность Солнца его собственного магнитного поля. На протяжении многих лет эксперты расходились во мнениях касательно того, что вызывает колебания магнитного поля Солнца: существуют ли внешние факторы воздействия или дело лишь в особых свойствах внутреннего динамо звезды? Физик Франк Стефани, а также его коллеги из HZDR и пермского Института механики сплошных сред посвятили немало лет поиску ответа на этот вопрос, чтобы наконец узнать, какую роль в формировании циклов играют планеты.
Солнечный танец
Солнце не висит неподвижно в центре Солнечной системы, но пребывает в постоянном движении. Когда исследователи присмотрелись к орбите звезды, оказалось, что Солнце «танцует» под воздействием на его вещество гравитационных сил планет-гигантов – Юпитера и Сатурна. Звезда повторяет свой маршрут примерно каждые 19,86 года. Учёным доподлинно известно, что вращение Земли вокруг собственной оси и её движение по орбите провоцирует изменения в распределении массы вещества внутри жидкого ядра: аналогичные колебания происходят и внутри Солнца.
Физики подошли к моделированию периодических колебаний активности Солнца с мыслью о том, что угловой орбитальный момент вращения Солнца может оказывать влияние на внутренние процессы звезды, ответственные за формирование магнитного поля. В частности, исследователи обратили внимание на колебания тахоклина – переходной области между зоной лучистого переноса и внешней конвективной зоной, подверженной сильному напряжению сдвига. Учёные считают, что сильное сдвиговое напряжение тахоклина может лежать в основе процесса образования крупномасштабного магнитного поля. При помощи компьютерного моделирования исследователи идентифицировали новый цикл колебания магнитного поля с периодичностью 193 года, который задают сразу два внешних фактора – силы притяжения планет и движение самого Солнца внутри гравитационного поля Солнечной системы. По мнению учёных, это цикл может соответствовать двухвековому циклу снижения солнечной активности имени Зюсса – де Врие.
Планеты – метрономы
Доктор Стефани и его коллеги установили, что самый короткий цикл Швабе также происходит под влиянием сил притяжения планет. В этот раз парадом командует команда из Венеры, Земли и Юпитера. Пик их воздействия на Солнце повторяется каждые 11,07 года – в этот момент они выстраиваются «на одной прямой» относительно звезды. Кроме того, незначительные колебания происходят под воздействием на солнечное динамо орбит Урана и Нептуна – с ними связан 178,7-летний цикл Хозе. Прежде Франк Стефани относился к планетарной гипотезе с весомой долей скептицизма, однако результаты моделирования солнечных циклов показали, что периодичность солнечной активности – вовсе не случайность. Как самые малые, так и более длительные циклы являются чётко синхронизированными процессами. К примеру, цикл Зюсса – де Врие является идеальным периодом биений 19,86-летнего цикла и цикла Хейла (22,14 года): 19,86*22,14/(22,14-19,86)=193. (Биения возникают при наложении дух гармонических периодических колебаний).
Тысячелетний цикл
Помимо относительно коротких циклов, учёные также наблюдают значительно более длительные периоды колебания солнечной активности, порой продолжающиеся тысячи лет. Как правило, они характеризуются затяжным понижением активности звезды, известным как солнечный минимум. Примером тому является последний минимум Маундера 1645 — 1717 гг., который наблюдали во время так называемого малого ледникового периода. Впрочем, моделирование подобных процессов показало, что они не являются строго цикличными, а их интервалы следуют математически случайным и даже хаотическим процессам. Для отслеживания великих солнечных минимумов учёные расширили имеющуюся модель до 30 тысяч лет. Таким образом они обнаружили нерегулярные и внезапные случаи понижения магнитной активности звезды, происходящие каждые 1000 – 2000 лет.
На основе своих наблюдений исследователи пришли к выводу, что подобные колебания солнечной активности являются следствием северо-южной асимметрии распределения магнитного поля звезды. Когда асимметрия становится максимально выраженной, гармоничное сосуществование полушарий становится невозможным, и система погружается в период хаоса, пока все процессы внутри звезды не вернутся «на одну волну». Доктор Стефани отметил, что пока учёные не могут заранее идентифицировать этот переломный момент. По этой причине при настоящем состоянии науки долгосрочные предсказания солнечной погоды, необходимые, например, для определения их воздействия на климат Земли, неосуществимы.