Новата слънчева мода

Както на Земята един сезон се сменя с друг, така и активността на Слънцето се подчинява на периодични цикли.

Всички познаваме 11-годишния слънчев цикъл, но слънчевата активност не се изчерпва с тази цикличност и амплитудата на нейните колебания може да се изменя за по-дълъг времеви мащаб.

На изучаването на тези изменения е посветена нова работа на руски и чужди учени, в която те успели да установят съществуването на два режима на слънчева активност – „нормален“ и „минимален“.

„Дългите цикли представляват особен интерес – разказва Иля Усоскин, който оглавява работата на финландската Станция за наблюдение на космическите лъчи в Оулу, пред STRF.ru. – Съществуват много свидетелства за това, че дългосрочните изменения на слънчевата активност могат да оказват забележително влияние на Земята и нейния климат. Макар че механизмът на това въздействие и до днес не е много ясен за учените.“

22 години продължава цикълът на Хейл, за който период магнитното поле на звездата успява да смени полярност. Около 100 години е „вековният“ цикъл на Глайсберг. Има някои данни в полза на съществуването на цикли, продължаващи по няколко хиляди години. Да речем 200 години продължават циклите на Зюс, които се увенчават с периоди на „големи максимуми“ и „големи минимуми“. Един от тези максимуми сме преминали във втората половина на ХХ век.

„Най-известният от тези периоди е минимумът на Маундер от втората половина на XVII век, когато около петдесет години на Слънцето практически изобщо не е имало петна – разказва Иля Усоскин. – Това явление отлично е документирано, тъй като по това време в Европа вече са се водили редовни астрономични наблюдения, включително на Слънцето. В началото на XVIII век интензивността на 11-годишните цикли се е върнала към обичайното равнище.“

Минимумът на Маундер е прието да се свързва с малкия ледников период на Земята. В тази епоха от залеза на Средновековието средногодишната температура в Европа е била най-ниската за последните 2000 години. Но началото на това застудяване се пада в по-ранна епоха, периода на другия „голям“ минимум – на Шпьорер. И скоро след минимума на Маундер той приключил.

„Има някои указания, че намаляването на слънчевата активност прави зимния климат по-студен, повишаването – по-топъл – казва Усоскин. – Може да се даде и противоположния пример – Римския максимум на слънцето, когато в Европа било толкова топло, че римляните можели да отглеждат грозде на територията на съвременна Великобритания. Но това са само косвени свидетелства. Ако ние след известно време отново се озовем в „голям минимум“, това ще бъде прекрасна възможност да разберем действителната роля на Слънцето в застудяванията и затоплянията на Земята.“

За разлика от 11-годишните цикли засега е невъзможно да се предскажат „големите минимуми“, тъй като не е установена строга периодичност в тяхната поява. Това е трудно да се направи дори поради това, че нямаме достатъчна статистика на наблюденията. Редовното броене на слънчевите петна е започнало през 1610 година, когато Галилей за първи път ги видял в своя телескоп. Но тук съвременните астрономи могат да се обърнат към източник на информация, който по времето на Галилей е било невъзможно дори да си представят.

Става дума за това, че ядрата на атмосферните газове под действието на космическите лъчи могат да се превръщат в редки изотопи, които се отлагат в „естествените архиви“ на природата – в годишните пръстени на дърветата, в ледените ядра на Антарктида или Гренландия – данните от които днес е достатъчно лесно да се извлекат и датират.

Чак до първите ядрени изпитания на Земята всички подобни изотопи са се раждали само от въздействието на космическите лъчи.

А тяхното количество има обратна връзка със слънчевата активност – ако нейното ниво е високо, тя снижава количеството на космическите лъчи, достигащи Земята. Своя принос в тази величина внася и глобалното магнитно поле, което е способно да отклони тези лъчи. Но знаейки всички тези параметри, ние можем по числото „космически изотопи“ да възстановим хронологията на слънчевата активност в достатъчно далечно минало.

– С такива изследвания се занимават по цял свят вече повече от десет години. Но в нашата нова работа е използван най-точният до днес модел на въглеродния цикъл на Земята, най-новия модел, описващ генерацията на атмосферните изотопи на космическите лъчи и накрая – най-последните данни за състоянието на геомагнитното поле на планетата в миналото. С прилагането на трите модела заедно ние ясно видяхме, че в цикличната слънчева активност може да се отделят два компонента, два режима. Единият съответства на нормалната активност, другият – на „големи минимуми“, а междинни варианти няма.

Казано с други думи, изразеността на 11-годишните цикли бива или висока (с повече от 70 слънчеви петна на година) и нормална (обикновено около 40-60 петна), или практически нулева, както във времената на „големите минимуми“. Цикли с по-малко от 20-25 петна практически няма. Активността на Слънцето спада от високо до средно ниво плавно, след което може да спадне скокообразно практически до нула – ако става въпрос за „големи минимуми“, или да се върне обратно. Обратното движение след минимума отново става със скок.

– Вярно ли е, че в близко време отново можем да се срещнем с „голям минимум“ както през XVII век?

– Сега се намираме в максимума на 24-тия слънчев цикъл, който проявява средна по величина амплитуда. Възможно е в пика той да набере сила до 60–70 петна на година, а средно за 11-годишния период те ще бъдат около 30. Въпреки разминаването в мненията, това не е прекалено слаб цикъл. Той просто е под поредица от силни цикли от предишните 50 години, периода на „голям максимум“.

Трудно е да се каже какво ще се случи по-нататък. Действително съществуват предсказания, че можем да се „сринем“ в нещо от рода на минимум на Маундер, но има и други прогнози. А тъй като настъпването на „големи минимуми“ не е строго цикличен процес, трудно е да се каже кой ще се окаже прав.

– Има ли някакви идеи за това какви механизми предизвикват проявата на тези дългосрочни колебания в слънчевата активност?

– Общо взето, не. Има обща теория за 11-годишните цикли – теорията на слънчевото динамо. Според нея в горните движещи се слоеве на Слънцето протича постоянна самогенерация на магнитните полета и при наличните там условия процесът има необходимата цикличност.

Бавните изменения в амплитудата на 11-годишните цикли също може принципно да се моделират. Но резки колебания от съвременните модели не следват – налага се те да се влагат в моделите ръчно, без да разбираме откъде възникват. В това се състои и главният извод от нашата работа – че теорията на слънчевото динамо се нуждае от преразглеждане.