Начало 25 цикла солнечной активности. Долгосрочный солнечный прогноз

После изобретения телескопа астрономы Галилео Галилей, Томас Хэрриот, Кристоф Шейнер и Ян Фабрициус независимо обнаружили, что на диске Солнца появляются пятна. Однако потребовалось почти 250 лет, чтобы понять, что поведение Солнца подчиняется определенному расписанию с периодом в 11 лет. Одиннадцатилетнюю периодичность солнечной активности случайно открыл в XIX веке немецкий аптекарь Генрих Швабе. Он увлекался астрономией и с помощью любительского телескопа стремился обнаружить гипотетическую малую планету внутри орбиты Меркурия. Планету он так и не нашёл, но благодаря систематическим наблюдениям открыл циклы солнечной активности. Сейчас такие наблюдения за солнечными пятнами проводятся два раза в день на протяжении всего года обсерваториями по всему миру и прогнозирование 11-летнего солнечного цикла имеет первостепенное значение во многих областях человеческой деятельности в космосе и на Земле.

Космическая погода

Выдающийся русский ученый Александр Чижевский в начале XX века предложил идею о космической погоде и заложил основу для возникновения новой отрасли науки, исследующей солнечно-земные взаимосвязи. Он говорил, что Земля постоянно находится в объятиях Солнца. И настроение Солнца передается Земле через эти объятия. Из солнечной короны, атмосферы Солнца, постоянно истекает солнечный ветер, поток заряженных частиц, который обдувает Землю и другие планеты солнечной системы. Солнечный ветер переносит в себе энергию Солнца, растягивает и уносит с собой солнечное магнитное поле в космическое пространство. В итоге вся солнечная система заполняется солнечным ветром и солнечным магнитным полем. А поскольку Солнце вращается, то магнитное поле в межпланетном пространстве приобретает форму волнистых спиральных складок наподобие многослойной юбки балерины. А Земля и все планеты солнечной системы обитают в этих складках.

Solar and Heliospheric Observatory Изображение иллюстрирует солнечную активность за 11 лет, от минимума в 1996 году, ло максимума в 2001 и до возвращения к минимуму в 2006

Прогнозы активных событий на Солнце людям так или иначе приходиться учитывать в своих повседневных планах. Перевод спутника в безопасный режим во время активных событий на Солнце может предотвратить нарушение работы солнечных батарей и ключевых систем спутников. Космическая погода является угрозой космонавтам, находящимся в открытом космосе, подверженным значительному облучению, превышающему порог лучевой болезни. Активные события на Солнце могут приводить к помехам в распространении радиосигналов. Космическая погода оказывает влияние на дозы радиации, которые получают пилоты и пассажиры, особенно при трансполярных перелетах. Своевременное прогнозирование космической погоды имеет большое значение для авиации и защиты целого ряда наземных технических систем, для полета человека в космос, запусков научных и коммерческих спутников.

Солнечный цикл начинается с зарождения пятен на полюсах, с развитием цикла появляется все больше пятен, которые движутся с полюсов к экватору Солнца. В минимуме солнечной активности, когда пятна на Солнце практически отсутствуют, магнитное поле Солнца выглядит как обычный магнит, с круговыми магнитными линиями и двумя полюсами. Поскольку экватор Солнца вращается быстрее, чем полюса, то во время вращения Солнца магнитное поле как бы запутывается, как клубок ниток. По мере приближения к максимуму солнечной активности привычное магнитное поле с двумя полюсами превращается во множество локальных магнитных полей на поверхности Солнца, в атмосфере Солнца выдвигаются перепутанные петли, которые содержат в себе солнечное вещество, и они могут выброситься в виде вспышек и корональных выбросов масс и достичь Земли. Следовательно, в максимуме солнечной активности количество активных событий на Солнце существенно увеличивается. С другой стороны, на пике своей активности магнитное поле Солнца настолько сильное, что выметает галактические космические лучи из нашей солнечной системы, которые представляют большую опасность для технологических систем в космосе. Каждые 11 лет полюса Солнца меняются местами, южный оказывается на месте северного, и наоборот. Это сложный процесс, который до конца не изучен, и модель солнечного динамо является одной из наиболее сложных нелинейных задач математической физики.

Прогноз солнечных циклов

Каждому солнечному циклу для удобства присваивается номер, например, сейчас мы приближаемся к минимуму 24 цикла солнечной активности. Задача ученых спрогнозировать силу следующего 25 цикла солнечной активности как можно раньше. Ученые из Сколтеха, Грацского университета имени Карла и Франца и Королевской обсерватории Бельгии разработали метод, который позволяет выполнить прогноз силы следующего 11-лентнего цикла очень рано, а именно на этапе максимума текущего солнечного цикла. Это означает, что текущий солнечный цикл на этапе своего пика, когда происходит переполюсовка магнитного поля Солнца, уже несет в себе знание о силе будущего 11-летнего цикла. Данные открытия могут помочь в изучении механизма действия солнечного динамо. Анализ показал, что краткосрочные вариации солнечной активности в фазе падения цикла связаны с силой следующего цикла. Внезапные скачки активности в падающей фазе и замедление скорости падения относительного числа солнечных пятен свидетельствует о наличии активности, которая проявляется в большей амплитуде следующего цикла по сравнению с текущим циклом. В данном исследовании предлагается новый и робастный метод для количественной оценки краткосрочных вариаций солнечной активности уже на этапе максимума текущего солнечного цикла, в начале фазы падения, и формируется значимый индикатор для прогнозирования силы следующего цикла.

Согласно прогнозу, будущая солнечная активность будет низкой и сила следующего 25-го цикла солнечной активности будет еще меньше, чем сила текущего цикла 24-го цикла солнечной активности. Результаты исследования опубликованы в журнале The Astrophysical Journal.

«Космическая погода — это наука будущего, то, что нас всех объединяет, делает нашу жизнь лучше, позволяет заботится о нашей планете. Это следующий шаг в освоении космоса. И какие бы не бушевали бури, мы желаем вам хорошей космической погоды!» — говорит первый автор исследования, профессор Сколтеха, Татьяна Подладчикова.

Материал предоставлен пресс-службой Сколковского института науки и технологий (

Ученые из Лаборатории рентгеновской астрономии Солнца Физического института им. П.Н. Лебедева РАН (ФИАН) зафиксировали на звезде области с магнитным полем иной направленности, отличающейся от той, которая была последние 11 лет. По мнению астрофизиков, это свидетельствует о приближении нового цикла солнечной активности. Об этом сообщает сайт лаборатории.

Возможные магнитные поля нового 25 солнечного цикла
Фотография получена телескопом HMI на спутнике SDO 08.11.2018 года.

Активность Солнца меняется с определенной периодичностью под влиянием магнитного поля звезды. Эти периоды называются солнечными циклами. Изменение магнитного поля Солнца связано с динамо-механизмом, или солнечным динамо . В ходе цикла линии магнитного поля меняют свои направления: сначала они располагаются вдоль меридианов, а при достижении максимума активности сменяются направленными вдоль параллелей. В этот период число пятен на звезде достигает максимума. Затем вновь линии возвращаются в «вертикальное» положение, однако противоположное по направлению начальному. Весь процесс занимает около 11 лет, поэтому и получил название 11-летнего солнечного цикла. А поскольку в минимуме солнечного цикла глобальное магнитное поле звезды меняет свое направление, для его возврата в начальное положение необходимо, чтобы прошел 22-летний цикл.

В России ведущим центром изучения солнечной активности является Лаборатория рентгеновской астрономии Солнца. Ее сотрудники ведут мониторинг и анализ солнечной активности при помощи разработанного в лаборатории комплекса космических телескопов ТЕСИС. Эта аппаратура установлена на борту российского спутника КОРОНАС-ФОТОН, запущенного в 2009 году с космодрома Плесецк. Благодаря ТЕСИС ученые получили более полумиллиона новых изображений солнечной короны, солнечных вспышек, выбросов корональной массы и иных явлений.

Так, 8 ноября при помощи ТЕСИС ученые зарегистрировали на Солнце область магнитного поля иной направленности . Она появилась далеко от экватора и просуществовала около суток. Затем 17 ноября примерно на тех же широтах появился новый магнитный поток такой же направленности, как и 8 ноября. Сейчас он уже почти разрушен, но его следы еще видны на диске Солнца.

Астрофизики связывают появление этих областей со скорым началом нового солнечного цикла. Магнитные поля на Солнце формируются на большой глубине и «всплывают» на поверхность очень медленно. Как правило, «первыми ласточками» нового цикла становятся такие небольшие магнитные острова, сумевшие прорвать толщу солнечной плазмы глубиной более 200 000 км.

После этого события могут начать развиваться по разным сценариям. Возможен медленный рост активности в течение двух-трех лет. Но может быть и резкий подъем за полгода-год, после чего начнется серия вспышек - колоссальных выбросов энергии и повышения уровня рентгеновского и ультрафиолетового излучения Солнца. Когда поток высокоэнергетических частиц доходит до Земли, он может вызвать магнитные бури. Они, в свою очередь, могут привести к перегрузкам в электросистемах и нарушить радиосвязь.

Мы с вами знаем, что солнечная активность циклична и каждый цикл длится примерно 11 лет. За это время Солнце из состояние полной спячки просыпается, набирает силу. Затем постепенно входит в состояние полной активности и радует нас большим числом сильных вспышек. Ну а позже опять начинает засыпать, пока совсем не останавливает свою активность.

Аудио-выпуск передачи

Сейчас мы с вами находимся на пороге нового 25го солнечного цикла, который начинается на наших глазах. Признаки его начала уже наблюдаются в южном полушарии Солнца. Ранее, около месяца назад, похожие процессы были обнаружены в северном полушарии. Тем самым переход от минимума активности Солнца к фазе роста запущен уже в глобальном масштабе, как на севере, так и на юге нашей звезды. В новый 2019 год Солнце решило вступить, полностью обновившись, как бы соответствуя земному солнцестоянию. Впрочем, вспышек и пятен придется ждать еще от нескольких месяцев до года.

На Земле магнитное поле является единым и имеет общепланетарный характер. У Солнца же есть два магнитных пояса - один располагается в северном полушарии, другой в южном. При этом, если на Земле линии магнитного поля направлены вертикально с юга на север, то в солнечных магнитных поясах они расположены горизонтально, параллельно экватору, и опоясывают Солнце по кругу.

Возникает вопрос, насколько два магнитных пояса Солнца зависят друг от друга или они развиваются независимо? Оба пояса формируются одним процессом - вращением Солнца. Однако, солнечный цикл обычно идёт по-разному на севере и на юге - он может все 11 лет быть сильнее в одном поясе, и слабее в другом. Моменты начала цикла в северном и южном полушариях также могут различаться. Так в прошедшем, 24 солнечном цикле, более активным было северное полушарие, где происходило наибольшее число вспышек.

Около месяца назад именно в этом, северном, полушарии были обнаружены магнитные потоки с иным направлением линий поля, отличным от направления, характерного для 24 цикла. Эти потоки стали свидетельством того, что на севере Солнца процесс формирования нового цикла запущен, и теперь остаётся только ждать, когда он начнет разворачиваться в полную силу. В южном полушарии Солнца всё это время сохранялось прежнее направление линий поля без каких-либо намёков на изменения. И вот недавно, 16 декабря, в южном полушарии Солнца также всплыл новый магнитный поток 25 цикла. Хотя в таких случаях всегда возможен элемент случайности, однако этот поток вполне стабилен. Можно говорить, что это, действительно, начало формирования 25 цикла в южном полушарии.

Следует понимать, что первые признаки пока не говорят о масштабном начале нового цикла, подобно тому как первый снег не означает начала зимы, а первые плюсовые температуры — начала лета. Пока это лишь свидетельствует, что процессы начала нового цикла запущены, причем в глобальном масштабе, и на севере, и на юге Солнца, а также, что они развиваются по традиционному сценарию. Действительное начало цикла стоит ожидать не ранее лета 2019 года.

Новый год жители Земли встретят в спокойных геомагнитных условиях, близких к идеальным. Колебания магнитного поля с первого выходного дня, 30 января 2018, до 3 января 2019 гола, будут соответствовать природному естественному уровню изменения поля Земли. При этом новогодняя ночь станет одной из самых спокойных за весь год. Слабое увеличение магнитных колебаний возможно только 4 января в связи с небольшим ростом скорости солнечного ветра, однако продлится оно не более нескольких часов. После чего обстановка снова станет комфортной. Второй слабый рост геомагнитного фона возможен по прогнозу уже после окончания каникул, 16 января, но так же не должен продолжаться более 3-6 часов.

Вот так чувствует себя в данный момент наше великое Солнце, дорогие слушатели. Мы с нетерпением ждем пробуждения нашего великого светила, вместе с которым начнет пробуждаться и наш огненный дух!

МОСКВА, 15 июн - РИА Новости. Солнечная активность в следующие 20-30 лет может резко снизиться, что способно привести к повторению так называемого "маундеровского минимума" - самого длительного падения солнечной активности с 1645 по 1715 год, с которым связывают "малый ледниковый период" в Европе.

Три научные группы, представившие результаты своих исследований солнечной короны, его поверхности и внутренней структуры на конференции астрономов-гелиофизиков в университете штата Нью-Мексико в городе Лас Крусес, пришли к выводу, что следующий, 25-й, цикл солнечной активности может быть значительно ослаблен, либо вообще будет пропущен.

"Это очень необычно и неожиданно, но тот факт, что три принципиально разных подхода к исследованию Солнца указывают в одну сторону, является мощным свидетельством того, что цикл солнечной активности может впасть в спячку", - говорит Фрэнк Хилл (Frank Hill) из Национальной солнечной обсерватории в штате Нью-Мексико.

Последние 400 лет наблюдений за Солнцем свидетельствуют о том, что наше светило испытывает чередующиеся периоды роста и снижения активности, сменяющие друг друга с периодом примерно в 11 лет.

В период роста активности на Солнце значительно чаще происходят вспышки, появляются "корональные дыры" - области с повышенной скоростью солнечного ветра - и выбросы плазмы, которые становятся причиной магнитных бурь на Земле. Главным показателем уровня активности служит количество солнечных пятен - сравнительно темных и холодных областей, которые образуются там, где на "поверхность" звезды выходят "трубки" очень мощного магнитного поля. Пятна появляются чаще при максимумах активности, и значительно реже - при "спокойном" Солнце.

Новый цикл сопровождается сменой полярности солнечного магнитного поля.

Предыдущий 23-й солнечный цикл (их нумерацию начала в 1750-м году Цюрихская обсерватория) отличался рекордно глубоким минимумом. Число дней без пятен стало самым большим с начала 19-го века. При этом подъем активности в новом 24-м цикле был очень "пологим", рост солнечной активности, по оценкам ученых, отставал от "графика" примерно на три года.

Солнце впадает в спячку?

Ученые, изучавшие динамику изменений магнитного поля Солнца, обнаружили, что признаки, которые обычно указывают на начало зарождения пятен нового цикла, отсутствуют или слабо выражены. По мнению исследователей, следующий цикл солнечной активности либо "задержится" до 2022 года, или же его просто не будет.

Согласно современным представлениям, Солнце изменяет интенсивность испускаемого излучения преимущественно под воздействием флуктуаций магнитного поля. Оно меняется из-за того, что плазма, которая составляет материю светила, вращается вокруг ядра звезды с разной скоростью на разных широтах - на экваторе быстрее, у полюсов - значительно медленнее (до 30%).

Это порождает временные магнитные возмущения, которые препятствуют нормальному обмену плазмой между внешними и внутренними слоями светила. В результате чего такие участки значительно охлаждаются, что и объясняет снижение интенсивности излучения и потемнение видимой поверхности Солнца в этих областях.

Астрономы зафиксировали несколько признаков, которые позволяют им предсказать заметное уменьшение солнечной активности в следующем цикле. Группа под руководством Хилла установила, что вращательные колебания потоков плазмы, предшествующие образованию магнитных возмущений, не появились вовремя.

Вторая группа ученых из Национальной обсерватории Китт-Пик обнаружила, что средняя сила магнитного поля уменьшалась на 50 гауссов в год за два предыдущих цикла солнечной активности (1 гаусс - единица измерения магнитного поля, которая соответствует мощности магнитного поля Земли).

Как утверждают Мэтт Пенн (Matt Penn) и Вильям Ливингстон (William Livingston), если данная тенденция продолжится, и сила поля упадет ниже 1500 гауссов - минимального порога образования пятен - то пятна не будут появляться в силу того, что магнитные возмущения не смогут препятствовать обмену материей между горячими внутренними слоями и более холодными внешними.

Третья группа астрономов установила, что быстрый рост силы магнитного поля у полюсов Солнца, который предшествует смене одного цикла солнечной активности другим, в этот раз может оказаться недостаточно сильным для вытеснения старого цикла новым. Это приведет, как пишет Ричард Альтрок (Richard Altrock) из Национальной солнечной обсерватории, к серьезной теоретической проблеме, так как текущие представления не предусматривают существования двух очагов магнитной активности на Солнце.

"Если наши выводы верны, то следующий солнечный максимум будет последним, который мы увидим на протяжении следующих нескольких десятилетий. Этот феномен затронет все - и исследования космического пространства, и климат на Земле", - пишет Гилл.

Не стоит торопиться

Российский гелиофизик Сергей Богачев из Физического института имени Лебедева считает, что американские коллеги несколько поторопились с выводами. По его словам, нынешний цикл действительно развивается не так, как ожидалось, однако говорить о том, что он будет аномальным пока рано.

"Говорить о том, что происходит что то аномальное - пока нельзя. Можно ожидать, что цикл будет необычным, но пока ничего не говорит о том, что он будет аномальным", - сказал ученый в беседе с РИА Новости.

По его словам, невооруженным глазом видно, как активность с 2009 по 2011 год возросла, и отклонения от ожидаемых значений укладываются в средние.

"Рост есть - и это очевидно. Он достаточно ярко выражен, и спорить можно только о скорости этого роста. Мое впечатление, что она замедленна примерно раза в два по сравнению с нормальной скоростью роста цикла, но в целом это укладывается в многообразие циклов, которые наблюдались за прошедшие 260 лет", - сказал Богачев.

В свою очередь доктор Эва Роббрехт (Eva Robbrecht) из департамента физики Солнца бельгийской Королевской обсерватории сказала РИА Новости, что сейчас "не существует достаточно сильных свидетельств, что Солнце впадает в спячку".

"Мы не настолько хорошо понимаем механизм работы "солнечного динамо", чтобы делать такие заявления. Точно так же мы можем считать, что в прошлые циклы Солнце пережило "великий максимум" и теперь возвращается к среднему уровню (активности)", - сказала собеседница агентства.

Она в частности отмечает, что приводимые Альтроком данные о появлении пятен нового цикла на более высоких широтах, чем должны быть, объясняются всего лишь оптическим эффектом.

Кроме того, считает эксперт, выводы Пенна и Ливингстона также недостаточно основательны, поскольку они базируются на данных о солнечном цикле лишь за 13 лет, что слишком мало для таких далеко идущих выводов.

"Это может быть эффект прошлого слабого цикла", - говорит она.

«Большой Конвекционный Пояс» Солнца замедлился до рекордно низкой скорости перемещения, согласно исследованиям, проведенным Дэвидом Хатауэйем (David Hathaway), гелиофизиком NASA. «Он вышел за рамки нижних показателей диаграмм», говорит он. «Это вызовет серьезные последствия для будущей солнечной активности».

«Большой Конвекционный Пояс» - это крупный циркулирующий горячей плазмы внутри Солнца. Он имеет две ветви, северную и южную, каждая из которых совершает один полный оборот приблизительно за 40 лет. Исследователи полагают, что вращение данного пояса контролирует цикл солнечных пятен, и поэтому его замедление является столь важным.

«Обычно этот пояс перемещается со скоростью около 1 метра в секунду — скорость пешехода», говорит Хатауэй (Hathaway). «Так это было с конца 19-го века». В последние годы, однако, он замедлился до 0,75 м/сек на севере и до 0,35 м/сек на юге. «Мы никогда не наблюдали таких низких скоростей».

В соответствии с теорией и наблюдениями, скорость пояса предсказывает интенсивность солнечной активности приблизительно на ближайшие 20 лет. Снижение скорости пояса означает снижение солнечной активности; увеличение скорости пояса означает увеличение активности. Причины этого объясняются в статье Science@NASA «Предупреждение о солнечных бурях».

«Снижение скорости, которое мы видим сейчас, означает, что 25 цикл солнечной активности, пик которого придется приблизительно на 2022 г., может стать периодом самой слабой активности за несколько столетий», отмечает Хатауэй (Hathaway).

Это интересная новость для астронавтов. 25 цикл солнечной активности наступит, когда программа Vision for Space Exploration (Мечта о покорении космоса) должна достичь своего расцвета, когда мужчины и женщины вновь вернутся на Луну, и будут готовиться к полету на Марс. Цикл слабой солнечной активности означает, что им не нужно будет беспокоиться о солнечных вспышках и радиационных бурях.

Красным отмечены предсказания Дэвида Хатауэя (David Hathaway) относительно двух последующих циклов солнечной активности, а розовым - предсказания Маусуми Дикпати (Mausumi Dikpati) относительно 24 цикла.

C другой стороны, им придется больше беспокоиться о космических лучах. Космические лучи - это частицы высокой энергии из глубокого космоса; они проникают через металл, пластик, мягкие ткани и кости тела. Астронавты, подвергнувшиеся воздействию космических лучей, более склонны к развитию рака, катаракты и других заболеваний. Как ни странно, вспышки на Солнце, в результате которых образуется смертоносная радиация, уничтожают еще более опасные космические лучи. Когда вспышки затухают, космические лучи усиливаются - по принципу Инь-Янь.

Предсказания Хатауэя (Hathaway) не следует путать с другим недавним прогнозом: группа, возглавляемая физиком Маусуми Дикпати (Mausumi Dikpata) из Национального Центра Атмосферных Исследований (NCAR), предсказала, что 24 цикл, пик которого придется на 2011 или 2012 г., будет интенсивным. Хатауэй (Hathaway) соглашается: «24 цикл будет сильным. 25 цикл будет слабым. Оба эти предсказания базируются на наблюдениях за поведением «Большого Конвекционного Пояса»

Как же ведутся наблюдения за поясом, погруженным на 200000 км ниже поверхности Солнца?

«Мы делаем это, используя солнечные пятна», объясняет Хатауэй (Hathaway). Солнечные пятна представляют собой магнитные узлы, которые поднимаются как пузырьки из основания пояса, в конце концов, выскакивая на поверхность Солнца. Астрономы уже давно знают о том, что солнечные пятна склонны к дрейфу — от средних солнечных широт к солнечному экватору. Согласно существующим взглядам, этот дрейф вызван движением пояса. «Измеряя смещение групп солнечных пятен», говорит Хатауэй (Hathaway), «мы косвенно измеряем скорость движения пояса».

Хатауэй (Hathaway) наблюдает за скоростью пояса, вычерчивая смещение групп солнечных пятен от высоких к низким солнечным широтам. Данная схема называется «Диаграмма бабочек». Наклон крыльев показывает скорость пояса.

Используя данные по солнечным пятнам за прошлый период, Хатауэй (Hathaway) смог хронометрировать «Большой Конвекционный Пояс» до 1890 г. Полученные цифры убеждают: в течение более чем ста лет «скорость пояса служила надежным предсказателем будущей солнечной активности».

Если подобная тенденция сохранится, 25 цикл солнечной активности в 2022 г. может, как и сам пояс, «выйти за рамки нижних показателей диаграмм».