Ленивый желтый карлик

Пятна на Солнце, возможно, скоро превратятся в уходящую натуру

Цикличность появления солнечных пятен. Источник: meteo.lcd.lu

Такого спокойного Солнца, которое наблюдают астрономы вот уже около года, никогда не было за весь период инструментальных наблюдений. На Солнце – ни одного пятнышка! Вообще-то наблюдения показывают, что Солнце тускнеет с 1985 года, подчеркивается в сообщении агентства Би-би-си. К чему бы это? На вопросы корреспондента «НГ-науки» отвечает Алексей Осокин, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник Астрономического института МГУ имени М.В.Ломоносова.

– Алексей Рудольфович, вот выдержки из двух недавних сообщений. Первое: «Специалисты NASA объявили, что затянувшийся минимум солнечной активности завершился». Через несколько дней – второе: «Так спокойно, как сейчас, на звезде <Солнце> не было уже почти сто лет» (Би-би-си). Кто же прав? Что происходит с нашим светилом?

– Мы многое знаем о Солнце. Но, как обычно бывает, еще большего не знаем. Казалось бы, выяснено уже – почему Солнце светит. Фактически в недрах Солнца идет процесс, аналогичный взрыву водородной бомбы, только это сравнительно медленная термоядерная реакция.

В водородной бомбе гелий образуется в результате взрывной реакции слияния ядер водорода при температурах в десятки миллионов градусов. А на Солнце «всего-то» при температуре в миллион градусов, процесс преобразования водорода в гелий идет медленно. Все дело в том, что давление там – гигантское: Солнце ведь больше миллиона километров в диаметре. И реакция на Солнце идет как раз за счет этого давления. Если в водородной бомбе практически все атомы водорода реагируют, то на Солнце – только тысячная их часть вступает в реакцию.Обнаружил этот минимум английский ученый Малдер, и в честь него этот феномен так и назвали Малдеровский минимум. Он совпал с малым ледниковым периодом в те века: резкие морозы, климатическое похолодание и прочее. Подчеркиваю: пока мы говорим, что именно совпал; есть ли между этими двумя событиями причинная связь – сегодня однозначно утверждать нельзя. Хотя совпадение очень уж явное.

Кстати, в конце XIX века был еще один минимум солнечной активности, он продолжался несколько 11-летних циклов. И тогда измерения показали небольшое, но похолодание на Земле.

– Но что же происходит сегодня на Солнце?

– Многие говорят о начале нового минимума, подобного малдеровскому. Другие ученые считают, что мы имеем дело просто с сильно затянувшимся локальным минимумом: фаза спада была в 2004–2005 годах и минимум активности затянулся по каким-то причинам.

Сейчас в космосе находится наш исследовательский спутник «КОРОНОС-Фотон», созданный специально для изучения Солнца.

На интернет-сайте этого проекта выкладывают фотографии Солнца, сделанные в различных диапазонах: в рентгене, в ультрафиолете. Если мы сейчас взглянем на эти фотографии, то увидим, что Солнце совершенно спокойное, на нем нет никаких пятен. Совершенно пусто!

– Солнечные пятна – в физическом смысле что из себя представляют эти объекты?

– Солнечные пятна – это области сильного магнитного поля. И магнитные поля, и токи связаны с неравномерностью вращения слоев Солнца. Для сравнения, чтобы на Земле создать один квадратный метр магнитного поля с такой напряженностью, как на Солнце, понадобится полноценная электростанция, а может быть, и не одна. При этом солнечные пятна могут жить месяцами.

Хотя температура солнечных пятен ниже, чем самого Солнца, но было замечено, что если можно было бы «вырезать» эти пятна и поставить на фоне звездного неба, они светили бы гораздо ярче полной луны.

– Но помимо пятен о солнечной активности судят еще и по вспышкам на Солнце…

– Совершенно верно. И тут возникает сразу некая загадка. Температура поверхности Солнца – 6000 градусов; температура вспышки на Солнце – несколько миллионов градусов. Вопрос: откуда, за счет чего такой температурный всплеск?

Это действительно очень необычное явление. Представьте, у вас есть ванна с теплой водой, и вдруг вода в ней в каких-то местах очень быстро и очень сильно вроде бы ни с того, ни с сего нагревается. Наверняка это вас удивит. Так вот, и вспышки на Солнце очень сильно удивляют ученых – откуда такая энергия, чтобы разогреть плазму?!

– Какие гипотезы существуют?

– Это все – работа магнитных полей. Дело в том, что желтая поверхность Солнца, которую мы с вами можем наблюдать, на самом деле вовсе и не поверхность в привычном нам смысле слова. Она разреженнее, чем воздух в кинескопе телевизора. То есть с точки зрения обывателя там вообще ничего нет. НИЧТО, которое имеет температуру 6000 градусов, – красиво, не правда ли! И в этой по земным меркам пустоте – магнитные поля. Зато много места: Солнце в сто раз больше Земли. Есть возможность всплывания плазмы из глубинных слоев; есть возможность доставлять энергию магнитными полями.

Так выглядит структура солнечного пятна при очень сильном увеличении. Источник: orion.pta.edu

– То есть пятна на Солнце – это некие объемы солнечного вещества, которые попали в зону действия сильных магнитных полей?

– Да. В местах локализации солнечных пятен напряженность магнитных полей настолько колоссальна, что движение плазмы и газов тормозится. А раз нет движения – падает и температура. Поэтому пятна и холоднее поверхности Солнца, их температура около 3500–4000 градусов.

Как оказалось, солнечные пятна неглубокие – такая клякса. Если смотреть на них в рентгеновском диапазоне, то видно, что вспышки – это потоки вещества в активной области. Там происходит постоянное всплытие магнитных полей. Пятна бывают разной полярности. Между ними – нейтральные линии. Вспышки идут, как правило, по этим линиям. Возникают циклопические арки из солнечного вещества. По-видимому, магнитные линии как бы заполняются вот этой горячей плазмой.

– Образуются протуберанцы, солнечный ветер…

– Солнечный ветер выносит в космическое пространство огромные количества вещества нашей звезды: за время жизни Солнца – несколько процентов его массы. А масса Солнца примерно 2х1030 килограммов.

В связи с этим можно отметить, например, так называемый парадокс молодого Солнца. В чем он заключается.

Известно, что молодое Солнце должно было бы светить на 30 процентов слабее, чем сегодня. Для нашей планеты в то время это означало, что Земля представляла собой промерзшую насквозь глыбу. Но в таком случае жизнь-то откуда взялась?! Одно из объяснений как раз и заключается в том, что в тот период был очень сильный солнечный ветер. Гигантские ультрафиолетовые события, которые разогревали Землю до приемлемой для возникновения жизни температуры. Известно, что уже 3,5 миллиарда лет назад на Земле были бактерии.

– Во льду они, что ли, сидели…

– Может быть, и во льду, кстати. Это только один из вопросов. И таких вопросов, без всякой астрологии, огромное количество.

– Есть какой-то прогноз на будущее поведение Солнца или вообще ничего предсказать невозможно?

– Все-таки ученые склоняются к версии, что нынешнее молчание Солнца – это затянувшийся минимум.

Что касается прогнозирования 11-летнего цикла, то с этим очень тяжело. Прогнозы, которые публикуются на следующие циклы, сбываются со случайной вероятностью. Но такого провала, как наблюдаем мы сегодня, никто не ожидал. Здесь надо сказать еще вот о чем.

Если раньше об активности Солнца судили по количеству пятен, то с развитием спутниковых наблюдений активность Солнца стали связывать с количеством вспышек. Солнце, сфотографированное в рентгене в периоды активности, сильно фонит. Кстати, сейчас спутники фиксируют черный фон в рентгеновском диапазоне, что означает отсутствие всякой активности.

Процессы, связанные со вспышками, настолько сложные, что ученые, изучающие Солнце, даже шутят: дайте нам любую теорию, а мы подберем к ней доказательство.

– А какова область ваших научных интересов?

– Вместе с Институтом прикладной математики РАН и Институтом земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн РАН мы занимаемся моделированием солнечных вспышек на основе новых математических методов.

– Какие же это методы?

– Есть такая математическая теория – самоорганизованной критичности. Если у вас есть подпитка, например, энергии в какую-то систему, то энергия выделяется вспышками, событиями. Причем мощность этих событий всегда распределена по определенному закону. И в этом – пафос этой теории. И это распределение одно и то же для лавин из песка, для землетрясений, для солнечных вспышек…

Так вот, я думаю, что надо объяснять не событие солнечной вспышки само по себе, а феномен серий вспышек объяснять лавинами мелких событий. Вспышка – это место, где уже готово произойти выделение энергии лавиной, суммой мелких отдельных событий. Сложность этой теории в том, что она стохастическая, вероятностная. Ученые же привыкли говорить на языке дифференциальных уравнений. А здесь нельзя составить такое уравнение, весь расчет идет на основе численных методов.

Кажется, мне удалось так сделать модель происходящих на Солнце событий, что изменение каких-то параметров в этой модели изменяет и характеристики вспышки, приближая их к наблюдаемым. И эта модель объясняет кроме того самого степенного закона многие вещи, которые вероятностная теория обычно не демонстрирует. То есть это некий мостик между вероятностной моделью и привычными, использующими дифференциальные уравнения.