Пятнистые бури: Солнце

Человечество знает о солнечных пятнах с незапамятных времен. При везении их можно заметить даже без всякой оптики. Для этого лучше наблюдать за Солнцем при сильной запыленности воздуха, рассеивающей солнечный свет.

Солнечная поверхность живет весьма сложной жизнью. «В среднем» она светит как равномерно нагретое абсолютно черное тело. В то же время там постоянно рождаются и исчезают аномальные зоны, вызывающие колебания солнечного блеска. Самые известные из них — это, конечно, области относительно холодной и потому менее яркой плазмы, солнечные пятна

Судя по всему, именно пришедшая из Центральной Азии песчаная буря позволила китайским астрологам заметить солнечные пятна еще в 165 году до н.э. и впервые в истории зафиксировать этот факт в письменных документах (по другим данным, китайские и корейские звездочеты знали о пятнах куда раньше, около 800 года до н.э.). В 28 году до н.э. китайские хронисты начали регулярно вносить в свои анналы результаты подсчета солнечных пятен, который продолжался без малого 17 столетий.

Солнечное цунами

Корональные выбросы массы (Coronal mass ejections, CME) «выстреливают» солнечное вещество в межпланетное пространство. Достигая Земли, эти выбросы могут стать причиной возмущений магнитосферы. Они сопровождаются распространением по поверхности Солнца ударных волн (так называемых волн Мортона) — своеобразным солнечным цунами.

В декабре 1610 года пятна разглядел в зрительную трубу англичанин Томас Хэрриот, разделяющий с Галилео Галилеем славу изобретателя телескопа. Позже сходные наблюдения выполнили сам Галилей и трое немецких астрономов, отец и сын Фабрициусы и Кристоф Шейнер. Галилей суммировал свои результаты в сочинении «Письма о солнечных пятнах», где, кстати, впервые сформулировал принцип инерции.

В дальнейшем наблюдение пятен сделалось довольно рутинным занятием и астрономов-профессионалов, и любителей. Таким был и немецкий аптекарь Самуэль Генрих Швабе, который в 1826 году начал вести постоянный счет пятнам. Он заметил, что четыре года спустя их количество достигло максимума, а потом стало убывать. Швабе продолжал свой регистр еще 13 лет и пришел к выводу, что число пятен меняется с десятилетним периодом. От него эстафету перенял швейцарец Иоганн Рудольф Вольф, который к тому же собрал и проанализировал все известные сведения о пятнах, начиная с наблюдений Хэрриота. В результате он пришел к выводу, что типичная продолжительность цикла составляет примерно 11 лет, и с тех пор эта оценка не изменилась. Впрочем, сейчас известно, что это лишь средний показатель. Анализ наблюдений, выполненных с начала XVIII века, показывает, что реальная протяженность варьирует с 9 до 14 лет.

Циклы регистрируются по номерам, которые им приписывают уже третье столетие. Самым первым считается цикл 1755−1766 годов, поскольку именно с него Вольф начал свою реконструкцию периодов солнечной активности. В январе 2008 года на Солнце было замечено пятно, знаменующее начало очередного, 24-го цикла. Прогнозисты предсказывают, что он будет весьма масштабным. Ожидается, что в его максимуме, который придется на 2011 или 2012 год, будет наблюдаться до нескольких десятков пятен. Для оценки солнечной активности и количества пятен применяется число Вольфа, равное сумме числа пятен и умноженного на 10 числа групп пятен, умноженной на нормировочный коэффициент, зависящий от наблюдателя и телескопа.

Почти без пятен

Хотя усредненный период солнечных циклов стабилен, их амплитуда меняется. Это доказал младший современник Вольфа англичанин Уолтер Маундер. В частности, он заметил, что в 1645—1715 годах количество пятен резко снизилось против средних цифр. В максимуме цикла оно подчас доходит до нескольких десятков, но в те годы измерялось единицами. Этот провал называют минимумом Маундера. Его причины пока неизвестны. Любопытно, что минимум Маундера в точности пришелся на середину резкого похолодания в Европе и Северной Америке, известного как Малый ледниковый период. Была ли тут связь, тоже не ясно.

Факторы солнечных штормов

Взаимодействие энергии Солнца и земной магнитосферы приводит к различным эффектам, способным отрицательно повлиять на человека и на работу различной техники. Вспышки – потоки фотонов рентгеновского и УФ-диапазона – вызывают возмущения ионосферы и разогревают ее, что приводит к торможению низкоорбитальных спутников и нарушениям в работе радиосвязи. Солнечные космические лучи, состоящие из заряженных частиц, вызывают повреждения электронной аппаратуры и повышают общую дозу радиационного облучения для космонавтов на МКС, а также для экипажей самолетов, летящих в высоких широтах. Магнитные облака, взаимодействуя с магнитосферой Земли, вызывают "электризацию" спутников на геостационарных орбитах. Возмущения геомагнитного поля у поверхности Земли генерируют индуцированные токи в трубопроводах, линиях электропередач и железнодорожных путях.

Любителем астрономии был и богатый английский пивовар Ричард Каррингтон, который в середине XIX века заинтересовался движением пятен. Он установил, что после прохождения очередного минимума новые пятна сначала появляются по обе стороны от экватора примерно на широте 30 градусов, а затем начинают возникать и в более низких широтах вплоть до десятиградусной отметки. Маундер проиллюстрировал эту закономерность с помощью серии расположенных вдоль временной оси диаграмм, напоминающих распахнутые крылья бабочки.