Ученые из Грацского университета, Обсерватории Канцельхоэ, Сколтеха и Мирового центра данных SILSO при Королевской обсерватории Бельгии представили каталог полушарных чисел Вольфа, отражающих количество солнечных пятен. Каталог будет использоваться для более точного прогноза динамики солнечного цикла и космическую погоды, которая оказывает прямое влияние на работу технологических систем в космосе и на Земле. Исследование опубликовано в журнале Astronomy & Astrophysics, а сам каталог — на сайте Мирового центра данных по наблюдениям, сохранению и распространению международных чисел Вольфа (WDC-SILSO). 

Солнце представляет собой раскаленный шар кипящего газа, по большей части разогретого настолько, что электроны отрываются от атомов, образуя плазму — циркулирующую смесь заряженных частиц. Из-за этих перемещающихся зарядов у Солнца возникает сильнейшее магнитное поле, которое поднимается из ядра Солнца наружу, и создает на поверхности темные участки, которые называются солнечными пятнами.

Пятна являются основным источником солнечных вспышек, которые, в свою очередь, могут сопровождаться корональными выбросами солнечной массы: огромные облака плазмы вырываются с поверхности Солнца в космос на большой скорости. Если выброс направлен в сторону Земли, могут возникать магнитные бури, которые способны повредить оборудование на спутниках, прервать радиотрансляцию и даже вывести из строя наземные системы энергоснабжения, нанося значительный ущерб экономике. 

Частота возникновения солнечных пятен варьируется в соответствии с циклом солнечной активности, который длится в среднем 11 лет. В начале пятен почти нет, но по мере развития цикла они все чаще появляются, в районе средних широт, откуда перемещаются на экватор. Поскольку экватор Солнца вращается быстрее полюсов, магнитное поле звезды запутывается, локально усиливается и выходит сквозь фотосферу в виде петель, которые захватывают с собой плазму и выбрасывают ее в космос.

Поэтому наблюдение за солнечными пятнами имеет большое значение для предсказания опасных явлений космической погоды и учета их воздействия на спутниковое оборудование, космонавтов, пассажиров самолетов и инфраструктуру на поверхности Земли.

За открытыми в XVII веке Галилеем солнечными пятнами сегодня наблюдают порядка 80 обсерваторий по всему миру. Полученные ими сведения собираются в Мировом центре данных SILSO при Королевской обсерватории Бельгии. Систематическое наблюдение за общим числом солнечных пятен ведется с XVIII века. Однако новейшие модели указывают на то, что более глубокое понимание солнечной активности возможно при учете динамики пятен в каждом полушарии отдельно. Таких данных накоплено значительно меньше: наиболее важный каталог солнечной активности приводит данные о полушарных числах Вольфа лишь с 1992 года.

Авторы опубликованной в журнале Astronomy & Astrophysics работы придумали способ кардинально расширить доступную выборку данных за счет реконструкции исторической численности солнечных пятен по полушариям. Результатом исследования стал каталог, в котором приводится ежемесячная и ежедневная численность солнечных пятен в северном и южном полушариях отдельно с 1874 года до наших дней. Коллектив авторов продемонстрировал, что реконструкция хорошо согласуется с существующими полушарными данными и что учет динамики численности пятен в каждом полушарии отдельно действительно позволяет делать более точные предсказания солнечного цикла. 

«Солнце — удивительная звезда, физика которой проста и сложна одновременно. Из нашей работы стало ясно, что для лучшего понимания долгосрочной динамики солнечной активности достаточно просто рассмотреть два полушария независимо друг от друга, а потом уже совместить вклад каждого в общую активность. Теперь реконструированные данные численности солнечных пятен по полушариям будут доступны научному сообществу и станут, как мы считаем, основой для обновленных и более совершенных схем предсказания солнечной активности», — прокомментировала работу ее первый автор, Астрид Верониг — профессор Грацского университета и директор обсерватории Канцельхоэ.

Студент магистратуры Сколтеха Шантану Джаин отметил практическую ценность каталога: «Мы считаем, что этот каталог будет незаменим для точных прогнозов космической погоды, ведь теперь у нас в распоряжении непрерывные полушарные данные за более длительный период, которые послужат основой для более значимых предсказаний солнечного цикла. Если нам придется столкнуться с солнечными извержениями самой высокой интенсивности в наш век зависимости от технологий, мы запросто можем остаться без энергоснабжения, спутниковой связи, интернета и понести экономический ущерб вплоть до триллионов долларов. Точные прогнозы космической погоды дадут нам время подготовиться, чтобы избежать такого сценария». 

«Потребность в устойчивой технической инфраструктуре, перспектива длительных пилотируемых полетов к Луне и Марсу и проблемы изменения климата и разрушения озонового слоя делают средне- и долгосрочные прогнозы изменения солнечной активности на несколько месяцев или лет вперед все более необходимыми. Такие долгосрочные прогнозы динамики солнечного цикла в рамках формирующейся у нас на глазах области исследований космического климата могут опираться лишь на детальное понимание эволюции многих прошлых циклов. Наш новый, расширенный ряд данных является одним из важных шагов в контексте все более активных усилий по продуктивному использованию исторических данных с помощью инструментов XXI века», — заявил соавтор исследования, глава Мирового центра данных SILSO Фредерик Клет.

«На сегодня мы все еще не до конца понимаем механизм работы солнечного динамо и генерации магнитного поля Солнца на протяжении 11-летнего цикла. Все планеты Солнечной системы вращаются вокруг Солнца в так называемой плоскости эклиптики. Это означает, что ни наблюдающие Солнце наземные телескопы, ни обсерватории на земной орбите не видят, что происходит на полюсах. Однако в феврале 2020 года, к Солнцу была запущена новаторская миссия Solar Orbiter. Космический аппарат выйдет благодаря гравитационным маневрам из плоскости эклиптики, чтобы впервые в истории сфотографировать полюса Солнца. Первый проход полюса состоится в марте 2025 года, когда аппарат достигнет наклона 17 градусов над плоскостью эклиптики, а к июлю 2029 года наклон увеличится до 33 градусов. Мы считаем, что новый каталог полушарных чисел Вольфа вкупе с принципиально новыми данными по итогам беспрецедентных наблюдений Solar Orbiter приведет к прорыву в изучении солнечного цикла и предсказании космической погоды. И какие бы не бушевали бури, мы желаем всем хорошей космической погоды», — добавила соавтор исследования, старший преподаватель Космического центра Сколтеха Татьяна Подладчикова.

*****

Мультимедийные материалы:

• По итогам более 10 лет непрерывных наблюдений Солнца с земной орбиты, в ходе которых было сделано 425 млн снимков высокого разрешения, Центр космических полетов Годдарда НАСА опубликовал ускоренное видео, охватывающее полный солнечный цикл. На нем видно Солнце в крайнем ультрафиолетовом диапазоне, на длине волны 17,1 нанометра. Источник: Центр космических полетов Годдарда НАСА/Обсерватория солнечной динамики

• На изображении ниже показана эволюция магнитного поля Солнца в течение 24-го цикла солнечной активности. Синим и желтым цветом показаны отрицательное и положительное магнитные поля соответственно. В 2008 году наблюдался минимум солнечной активности — поле слабое и ровное. Далее, его возмущение и сила нарастают, достигая своего пика во время максимума солнечной активности, в 2014 году, после чего наблюдается обратная динамика, и к моменту достижения очередного минимума поле снова успокаивается. Источник: Solar Cycle Science/Лиза Аптон

 

Контакты:
Skoltech Communications
+7 (495) 280 14 81