С живота на Слънцето са свързани много страхове и очаквания – хората се страхуват от магнитни бури и климатични катаклизми, които могат да предизвикат изменения в слънчевия цикъл.
Астрофизикът Сергей Богачьов от Физическия институт „Лебедев” на Руската академия на науките разказва как е открит слънчевият цикъл, как влияе той на Земята и какво да очакваме от звездата в близките години и десетилетия.
Черновата на фармацевта
През 1843 г. Хенрих Швабе, фармацевт, а по съвместителство и астроном любител, публикувал в списанието на немското астрономическо общество Astronomische Nachrichten своя труд „Наблюдения на Слънцето през 1843 г.”, където обърнал внимание на някои странни закономерности в числеността на слънчевите петна. Трябва да кажем, че Швабе не бил слънчев астроном и изобщо не се занимавал с физика на Слънцето, а бил завладян от идеята за съществуването в Слънчевата система на тайнствената планета Вулкан, намираща се най-близо от всички до нашата звезда.
Той се опитвал да открие тази планета с многогодишни наблюдения на Слънцето с надеждата да види преминаването на неизвестния тъмен силует по слънчевия диск. В търсенето много му пречели слънчевите петна, чието положение и брой той старателно си записвал, за да не ги обърка с обекта на своето търсене.
По ирония на съдбата именно тези записки, които самият Швабе разглеждал като прост технически материал, завинаги вписали името му в историята на науката, тъй като натрупал данни за 15 години наблюдения. Швабе открил слънчевия цикъл, чийто период оценил на 10 години.
Това откритие било изключително удивително, тъй като по това време европейците наблюдавали петната на Слънцето вече 230 години (от 1614 г., когато те били открити независимо един от друг от Галилей и Кристоф Шейнер).
Освен това вече почти 100 години, от 1749-а, петната се изучавали от професионалните астрономи в обсерваторията в Цюрих (Швейцария). И все пак били необходими два века, за да открият хората в тях това, което сега се смята за най-фундаменталния процес на Слънцето и главна негова загадка.
Цикли високи и ниски
След откритието на Швабе в обсерваторията в Цюрих били проверени всички архиви с данни от 1749 г. и било потвърдено, че слънчевият цикъл не е възникнал в средата на XIX век, а е съществувал през цялото време, но не е бил открит.
Първият цикъл, който открили в данните на обсерваторията (той започнал през март 1755 г.), получил номер 1. По тази система цикълът, който открил Швабе, има номер 8, а цикълът, който се развива на Слънцето сега (да, той все още продължава), е номер 24. Тъй като петната се наблюдавали от началото на XIX век, тоест 150 години преди цикъл 1, този ред може да се продължи и в миналото. В такава система най-първият цикъл, който открили европейците, ще има номер минус 12.
Количеството петна на Слънцето се измерват с т.нар. число на Волф (по името на директора на обсерваторията в Берн Рудолф Волф, който ги въвел в средата на XIX век). Колкото по-нагоре е числото на Волф, толкова е по-високо нивото на слънчева активност. Най-голямата височина за почти 260-годишната история на наблюденията е имал максимумът от 1954 г., а най-ниският слънчев максимум е наблюдаван през 1804 г. Най-кратък бил цикъл 2, продължил общо 9 години, а най-дългият, с номер 4, продължил 13 години и 7 месеца.
Съвременните данни говорят, че цикълът на активност е нещо много по-голямо, отколкото просто измерване на броя на слънчевите петна. С такъв 11-годишен период се променят потоците излъчване, излизащо от Слънцето, броят на слънчевите изригвания, скоростта на слънчевия вятър, броят на магнитните бури на Земята и дори плътността и височината на земната атмосфера. Това е като пулс на нашата звезда, много бавен според нашите мерки и много бърз за Слънцето, чиято възраст е милиарди години.
Какво вещае слънчевият сън?
Толкова дълъг ред наблюдения на Слънцето позволяват да се оцени и съвременната епоха. Къде се намираме ние сега? Уникална ли е днешната ситуация на Слънцето, ако я сравним с 260-годишните наблюдения, или живеем в скучна и обикновена епоха? Като цяло, най-бегъл поглед на графика на числата на Волф е достатъчен, за да разберем, че не може да се говори за повишена активност в последните години.
Количеството петна на Слънцето сега е сравнимо с най-ниските значения от наблюдаваните някога. Ако сравняваме текущия слънчев цикъл с всички предишни, едва два от 23-те известни са имали по-ниски максимуми – цикъл 5 и цикъл 6, продължили приблизително от 1800 до 1820 г.
Този период е добре известен във физиката на Слънцето и носи наименованието минимум на Далтон. Подобни имена имат само най-дълбоките провали върху графиката на слънчевата активност. Ако сравняваме не максимумите, а минимумите на отделните слънчеви цикли, то най-ниски в историята се оказват минимумите на цикли от 4 до 6, а на четвърто място е минимумът от 2008 година, предшестващ сегашния цикъл. Този период е абсолютен рекордьор по брой дни, когато петна на Слънцето не са наблюдавани изобщо – цели 821 дни.
Защо и колко често Слънцето изпада в подобен сън, колко дълго продължава той и какво вещае? Трудно е да се даде отговор на този въпрос, дори само защото, когато става дума за такива глобални процеси, и 300 години наблюдения изглеждат много малък период, за да се правят достоверни изводи.
И все пак на човечеството са известни два подобни периода. Това са вече споменатият минимум на Далтон – в 4, 5 и 6 слънчев цикъл, и период, който попада извън известните 24, но който е общопризнат – това е минимумът на Маундер, обхванал интервала от 1645 до 1715 г.
Минимумът на Маундер е широко известен с това, че съвпада по време с малкия ледников период в съвременната история, когато, както се смята, средната температура на нашата планета е спаднала с 5-10 градуса.
Достоверността на сведенията за спадането на температурите по време на минимума на Далтон няма, което може да се обясни с това, че в тези времена подобни измервания не са провеждани и падането на средните температури с 2-4 градуса може да е останало незабелязано за човечеството (едва ли то може да е по-голямо, тъй като минимумът на Далтон е почти два пъти по-кратък от минимума на Далтон).
Съвпадането на минимума на Маундер с малкия ледников период е една от причините, поради която учените с по-особено внимание се отнасят към аномално ниската активност на Слънцето, отколкото към високата. Затова те се отличават от повечето хора, които се плашат по-скоро от изригванията, отколкото от спокойното Слънце.
Еднозначен отговор на въпроса за причините за провала на слънчевата активност няма. Могат да се изкажат две правдоподобни гледни точки. Първата се състои в това, че както и всеки сложен процес, механизмът на слънчевия цикъл е подложен на краткотрайни прекъсвания, които имат случайна природа и са непредсказуеми.
Тези прекъсвания може да са краткосрочни, в рамките на един цикъл, което да не се отрази на Слънцето, или по-продължителни, водещи до по-трудно връщане на нашата звезда в обичайния ритъм, както било и по време на минимума на Маундер.
Второто обяснение се състои в това, че процесът на такива „аварии” не е случаен и се явява следствие от наличието на Слънцето освен на 11-годишен цикъл, и на по-големи, вековни, хилядолетни, а може би и по-продължителни периоди. В такъв случай в една точка може да се събират две или дори три точки на минимуми – например върху обикновения минимум се наслагва вековният, възниква много дълбок минимум, който може напълно да потисне активността на Слънцето за един или няколко цикъла.
Трябва да кажем, че като се погледне графикът на слънчевите цикли, дори човек, който не разбира от наука, ще забележи, че циклите наистина се модулират върху голяма синусоида – вековен цикъл. Нито една от двете причини впрочем не отрича другата и не е изключено те да работят заедно.
Ще се събуди ли Слънцето?
Какво представлява текущата ситуация на Слънцето и какво да очакваме от нея? Преди всичко Слънцето очевидно е преминало максимума активност и се движи към дъното на своя цикъл. За това например говори вече споменатият факт, че най-високото значение на числото на Волф е било постигнато преди почти две години, през ноември 2011 г., и оттогава е спаднало почти с една трета – от 96 до 66.
Изключително трудно е да се повярва, че нашата звезда ще успее да пречупи тази тенденция и ще отиде към втори максимум (такива случаи има в историята на наблюденията).
По-скоро ни очаква монотонно спадане до 2015-2016 г., след което нашата звезда ще застине в сън за 3-4 години и ще се пробуди от него през 2019-2020 г. Такава спадаща тенденция не изключва възможността от големи изригвания (да не забравяме, че най-мощните изригвания в новата история на наблюденията – през октомври и ноември 2003 година – са се случили в стадия на спад), но като цяло всяка следваща година ще бъде по-спокойна от предишната.
Най-важният въпрос сега е до какво ниво ще спадне активността, къде ще спре тя? Просто всички известни факти говорят за това, че висотата на бъдещия максимум е пряко свързана с нивото на активност в минимума. Например, както вече беше казано, най-дълбоките минимуми са наблюдавани именно преди циклите, отнасящи се към минимума на Далтон.
Ако Слънцето спре на ниво на число на Волф 15-20 и не спада по-надолу, значи активността е влязла в норма и ни очаква обичаен слънчев цикъл. Ако то спадне под средното ниво 10, това с голяма вероятност ще означава, че е започнал голям провал на активността, способен да се отрази на климата на Земята.
