Почему цикл колебания численности солнечных пятен длится одиннадцать лет и каким образом это влияет на климат Земли?

Когда гигантские сгустки линий магнитного поля вспучиваются и прорываются через фотосферу, их диаметр может составлять от 2500 километров до нескольких диаметров Земли. Мы видим солнечные пятна потому, что сконцентрированные в этих областях магнитные поля препятствуют конвекции: центр пятна темнее, так как он на тысячу и более градусов холоднее, чем фотосфера, температура которой - 5700 градусов.

Первые достоверные данные о солнечных пятнах получены в Китае и датируются первым веком до нашей эры. В телескоп их наблюдали в начале XVII столетия, но только в 1826 году немецкий астроном Самуэль Генрих Швабе начал их изучать систематически. К 1843 году он получил достаточно данных и заявил, что период, за который количество пятен на Солнце достигает максимума, а потом снижается до минимума, составляет примерно десять лет.

К 1915 году американский астроном Джордж Хейл и его коллеги из калифорнийской обсерватории Уильсона доказали, что пятна, как правило, возникают парами, оси которых располагаются примерно параллельно солнечному экватору, причем составляющие пару пятна имеют противоположно направленную магнитную полярность. Впоследствии Хейл установил, что все пары пятен, возникшие в северном полушарии, поляризованы в одном направлении, а в южном полушарии - в противоположном. Очевидно, именно вращение регулярного магнитного поля Солнца, направленного с севера на юг, определяет расположение солнечных пятен.

В среднем каждые 11 лет направление общей магнитной полярности Солнца меняется: северный магнитный полюс превращается в южный, и наоборот. Таким образом, полный магнитный цикл Солнца (возвращение к исходной ориентации) составляет 22 года. До конца механизм этого процесса не понимает никто.

Очень жаль, что это остается тайной, ведь известно, что солнечные пятна непосредственно влияют на нашу жизнь. Рассмотрим реальное событие - «минимум Маундера», длившееся с 1645 по 1715 год, во время которого на поверхности Солнца практически не было пятен. Это явление названо в честь Уолтера Маундера, который еще в 90-х годах XIX века безуспешно пытался привлечь интерес к данной аномалии.

В семидесятых годах XX века к анализу работы Маундера обратился американский астрофизик Джек Эдди. Он отметил, что «минимум» представляет собой «хороший пример влияния Солнца на климат». Эдди, как и большинство исследователей Солнца его времени, не был уверен в том, что существует связь между колебаниями числа солнечных пятен - наиболее заметным индикатором уровня активности светила - и климатом Земли. Он проанализировал годичные кольца деревьев за семьдесят лет «минимума Маундера». В это время в деревьях накапливалось значительно больше углерода-14, чем до и после него. Такой результат говорит о том, что в этот период Земля подвергалась существенно более мощному космическому облучению. Так Эдди выяснил, что связь все-таки есть.

Это исследование привлекло внимание специалистов и к другому отрезку времени, когда солнечных пятен не было, он продолжался с 1460 по 1550 год. Сопоставив информацию об этом времени с данными Маундера, ученые поняли, что оба этих периода приходятся на середину знаменитого своими холодами «малого ледникового периода», длившегося с 1400 по 1850 год.

Казалось бы, уменьшение количества пятен должно совпадать с увеличением яркости Солнца. Однако на самом деле Солнце становится ярче, когда на нем появляется больше пятен, поскольку их магнитные поля инициируют образование сверхъярких областей, так называемых факелов.

Прошедшее столетие, в течение которого температура Земли постепенно поднималась, действительно характеризовалось увеличением количества солнечных пятен. Тем не менее, судя по сообщению НАСА, до 1940 года глобальное потепление лишь наполовину было обусловлено повышением яркости Солнца, а позднее роль светила стала еще меньше, поскольку усилились проявления парникового эффекта. Колебания уровня солнечной активности представляют собой только часть общей головоломки.

Более того, даже о них нам известно далеко не все. Наиболее тонкие исследования (с использованием гелиосейсмологических методов и данных, полученных с помощью современных спутников) проводились лишь в последние пятнадцать лет. Физик Джоул Б. Мозер отмечает: «С начала космической эры, то есть с пятидесятых годов, мы наблюдали всего четыре солнечных цикла. На этом основываются все наши теории». Компьютерные модели дают ученым весьма ясное представление о том, как могут возникать и исчезать солнечные пятна, но получено еще слишком мало результатов детальных исследований, чтобы проверить существующие теории.

«Мы надеемся, что гелиосейсмология в конце концов позволит нам заглянуть на нужную глубину и понять, что представляют собой внутренние магнитные поля Солнца, - говорит Cпиро Антикоуз из Научно-исследовательской лаборатории ВМС (Вашингтон). - Сейчас нам приходится делать выводы о том, что происходит внутри Солнца, на основе наших знаний о процессах на его поверхности. Мы не можем ответить даже на простой вопрос: какова структура магнитного поля под солнечным пятном?»