Наше Солнце примерно в пять раз менее магнитно активно, чем другие звёзды, похожие на него, — фактически оно представляет собой особый случай. Причина этого может заключаться в планетах нашей Солнечной системы, считают исследователи из Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR).
За последние 10 лет они разработали модель, которая выводит практически все известные циклы активности Солнца из циклического влияния приливных сил планет. В новом исследовании, опубликованном в журнале Solar Physics, они продемонстрировали, что эта внешняя синхронизация автоматически сдерживает солнечную активность.
В настоящее время Солнце действительно достигает максимального уровня активности, который наблюдается примерно каждые 11 лет. Именно поэтому на Земле мы наблюдаем полярные сияния и солнечные бури, а также турбулентную космическую погоду в целом. Это влияет на спутники в космосе и на технологическую инфраструктуру на Земле.
Несмотря на это, по сравнению с другими звёздами, похожими на Солнце, сильнейшие радиационные извержения нашего светила в 10–100 раз слабее. Эта относительно спокойная среда могла стать важным условием для обитаемости Земли. Не в последнюю очередь по этой причине физики-солнечники хотят понять, что именно управляет солнечной активностью.
Известно, что солнечная активность имеет множество закономерностей — как более короткие, так и более длинные периодические колебания, которые варьируются от нескольких сотен дней до нескольких тысяч лет. Но у исследователей существуют разные способы объяснения лежащих в их основе физических механизмов.
Команда под руководством Франка Штефани из Института гидродинамики HZDR рассматривает планеты как кардиостимуляторы. Согласно этому пониманию, примерно каждые 11 лет Венера, Земля и Юпитер фокусируют свои приливные силы на Солнце. Через сложный физический механизм каждый раз они слегка подталкивают внутренний магнитный механизм Солнца. В сочетании с розеточным орбитальным движением Солнца это приводит к перекрывающимся периодическим колебаниям различной длины — именно так, как это наблюдается на Солнце.
«Все идентифицированные солнечные циклы являются логическим следствием нашей модели; её объяснительная сила и внутренняя согласованность действительно поразительны. Каждый раз, когда мы совершенствовали нашу модель, мы обнаруживали дополнительные корреляции с наблюдаемыми периодами», — говорит Штефани.
В опубликованной работе речь идёт о QBO (Quasi Biennial Oscillation) — примерно двухлетних колебаниях различных аспектов солнечной активности. Особенностью здесь является то, что в модели Штефани QBO может быть не только привязан к точному периоду, но и автоматически приводит к снижению солнечной активности.
До сих пор в данных о Солнце обычно сообщалось о периодах QBO от 1,5 до 1,8 года. Ранее некоторые исследователи предполагали связь между QBO и так называемыми событиями повышения уровня на поверхности Земли (Ground Level Enhancement). Это спорадические явления, во время которых богатые энергией солнечные частицы вызывают внезапное увеличение космического излучения на поверхности Земли.
«Исследование, проведённое в 2018 году, показывает, что радиационные события, измеренные вблизи поверхности земли, чаще происходили в положительную фазу колебания с периодом 1,73 года. Вопреки обычному предположению о том, что эти извержения солнечных частиц являются случайными явлениями, это наблюдение указывает на фундаментальный циклический процесс», — говорит Штефани.
Именно поэтому он и его коллеги снова пересмотрели хронологию. Они обнаружили наибольшую корреляцию для периода в 1,724 года. «Это значение удивительно близко к значению 1,723 года, которое возникает в нашей модели как совершенно естественный цикл активности», — говорит Штефани. «Мы предполагаем, что это QBO».
Пока магнитное поле Солнца колеблется между минимумом и максимумом в течение 11 лет, QBO накладывает на него дополнительный краткосрочный паттерн. Это снижает общую напряжённость поля, потому что максимальное значение магнитного поля Солнца не удерживается так долго. На диаграмме частот видны два пика: один при максимальной напряжённости поля, а другой — когда QBO возвращается обратно.
Этот эффект известен как бимодальность солнечного магнитного поля. В модели Штефани два пика вызывают снижение средней напряжённости солнечного магнитного поля — логическое следствие QBO.
«Этот эффект так важен, потому что Солнце наиболее активно в периоды максимальной напряжённости поля. Именно тогда происходят наиболее интенсивные события, такие как геомагнитные бури, подобные событию Кэррингтона 1859 года, когда полярные сияния были видны даже в Риме и Гаване, а высокое напряжение повредило телеграфные линии», — объясняет Штефани.
«Однако если магнитное поле Солнца остаётся на более низком уровне в течение значительно более длительного периода времени, это снижает вероятность возникновения очень бурных событий», — объясняет Штефани.