Однако время солнечного цикла далеко не точное. С тех пор, как люди начали регулярно регистрировать солнечные пятна в 17 веке, промежуток времени между последовательными солнечными максимумами составлял всего девять лет, но целых 14, что затрудняло определение их причины.
Теперь исследователи обнаружили новый маркер для отслеживания хода солнечного цикла — яркие точки, маленькие яркие пятна в солнечной атмосфере, которые позволяют нам наблюдать постоянное взбалтывание вещества внутри Солнца. Эти маркеры предоставляют новый способ наблюдать, как магнитные поля развиваются и движутся через нашу ближайшую звезду. Они также показывают, что может потребоваться существенная корректировка устоявшихся теорий о том, что движет этим загадочным циклом.Исторически теории о том, что происходит внутри Солнца и является движущей силой солнечного цикла, основывались только на одном наборе наблюдений: обнаружении солнечных пятен, записи данных, которая насчитывает столетия.
За последние несколько десятилетий, осознав, что солнечные пятна представляют собой области интенсивных магнитных полей, исследователи также смогли включить наблюдения магнитных измерений Солнца с расстояния более 90 миллионов миль.«Солнечные пятна были постоянным маркером для понимания механизмов, управляющих внутренней частью Солнца», — сказал Скотт Макинтош, космический ученый из Национального центра атмосферных исследований в Боулдере, штат Колорадо, и первый автор статьи об этих результатах, опубликованной в 1 сентября 2014 г., номер журнала Astrophysical Journal. «Но процессы, которые создают солнечные пятна, не совсем понятны, и, тем более, те, которые управляют их миграцией и движут их движением. Теперь мы можем видеть, что в солнечной атмосфере есть яркие точки, которые действуют как буи, прикрепленные к тому, что происходит. глубже вниз.
Они помогают нам создать иную картину внутренней части солнца ».В течение солнечного цикла солнечные пятна имеют тенденцию смещаться все ниже по широте к экватору.
Преобладающая теория состоит в том, что две симметричные грандиозные петли материала в каждом солнечном полушарии, похожие на огромные конвейерные ленты, проносятся от полюсов к экватору, где они все глубже погружаются в солнце, а затем постепенно возвращаются к полюсам. Эти конвейерные ленты также перемещают магнитное поле через бурлящую солнечную атмосферу. Теория предполагает, что солнечные пятна движутся синхронно с этим потоком — отслеживание солнечных пятен позволило изучить этот поток, и теории о солнечном цикле были разработаны на основе этой прогрессии.
Но многое остается неизвестным: почему пятна появляются только ниже 30 градусов? Что заставляет солнечные пятна последовательных циклов резко менять магнитную полярность с положительной на отрицательную или наоборот? Почему время цикла так непостоянно?
Начиная с 2010 года, Макинтош и его коллеги начали отслеживать размер различных магнитно-сбалансированных областей на Солнце, то есть областей, где одинаковое количество магнитных полей направлено на Солнце, как указано. Команда обнаружила магнитные посылки с размерами, которые были замечены ранее, но также заметила посылки гораздо большего размера, чем ранее отмеченные, — диаметром около Юпитера. Исследователи также рассмотрели эти области на изображениях атмосферы Солнца, короны, снятых Обсерваторией солнечной динамики НАСА, или SDO.
Они заметили, что повсеместно распространенные пятна экстремального ультрафиолета и рентгеновского излучения, известные как яркие точки, предпочитают парить вокруг вершин этих больших областей, получивших название «g-узлов» из-за их гигантского размера.Таким образом, эти яркие точки и g-узлы открывают совершенно новый способ отслеживать, как материал течет внутри Солнца. Затем Макинтош и его коллеги собрали информацию о перемещении этих объектов за последние 18 лет из доступных наблюдений из совместного Европейского космического агентства, солнечной и гелиосферной обсерватории НАСА и SDO, чтобы отслеживать, как последний солнечный цикл прогрессировал и начался текущий.
Они обнаружили, что полосы этих маркеров — и, следовательно, соответствующие большие магнитные поля под ними — также неуклонно перемещались к экватору с течением времени по тому же пути, что и солнечные пятна, но начинались на широте около 55 градусов. Кроме того, в каждом полушарии Солнца обычно присутствует более одной из этих полос.
Макинтош объясняет, что внутри Солнца может иметь место сложное взаимодействие силовых линий магнитного поля, которое в значительной степени скрыто от глаз. Недавние наблюдения предполагают, что Солнце населено полосами разнополяризованного магнитного материала, которые после образования стабильно движутся к экватору из высоких широт. Эти полосы будут иметь либо северную, либо южную магнитную полярность, и их знак будет меняться в каждом полушарии, так что полярности всегда сокращаются. Например, если посмотреть на северное полушарие Солнца, полоса, ближайшая к экватору — возможно, северной полярности — будет иметь силовые линии магнитного поля, которые соединяют ее с другой полосой южной полярности на более высоких широтах.
По другую сторону экватора, в нижней половине Солнца, происходит аналогичный процесс, но полосы будут почти зеркальным отображением полос на экваторе, южной полярности около экватора и северной на более высоких широтах. Линии магнитного поля соединят четыре полосы; внутри каждого полушария, а также через экватор.
В то время как силовые линии остаются относительно короткими, магнитная система Солнца более спокойная, вызывая меньше солнечных пятен и извержений. Это солнечный минимум. Но как только два низкоширотных маршевых пояса достигают экватора, их полярности по существу нейтрализуют друг друга. Внезапно они исчезают.
Этот процесс от начала миграции до конца на экваторе занимает в среднем 19 лет, но, как видно, колеблется от 16 до примерно 21 года.После экваториальной битвы и отмены на Солнце остались только две большие полосы, которые переместились примерно на 30 градусов широты. Силовые линии магнитного поля этих полос намного длиннее, поэтому полосы в каждом полушарии меньше ощущают друг друга.
В этот момент солнечные пятна начинают быстро расти на полосах, начиная нарастание до солнечного максимума. Однако рост длится так долго, потому что процесс генерации новой полосы противоположной полярности уже начался в высоких широтах. Когда эта новая полоса начинает появляться, сложная четырехполосная связь начинается заново, и количество солнечных пятен начинает уменьшаться в диапазонах низких широт.В этом сценарии именно цикл магнитной полосы — время жизни каждой полосы по мере ее продвижения к экватору — действительно определяет весь солнечный цикл. «Таким образом, 11-летний солнечный цикл можно рассматривать как перекрытие двух гораздо более длительных циклов», — сказал Роберт Лимон, соавтор статьи в Университете штата Монтана в Бозмане и в штаб-квартире НАСА в Вашингтоне.
Новая концептуальная модель также дает объяснение того, почему солнечные пятна застревают ниже 30 градусов и резко меняют знак. Однако модель создает вопрос о другой линии широты: почему магнитные маркеры, яркие точки и g-узлы начинают появляться под углом 55 градусов?
«Выше этой широты кажется, что солнечная атмосфера отключена от вращения под ней», — сказал Макинтош. "Таким образом, есть основания полагать, что внутри Солнца происходит совсем другое внутреннее движение и эволюция на высоких широтах по сравнению с областью около экватора. 55 градусов, кажется, критическая широта для Солнца и то, что нам нужно исследовать. дальше."
Теории солнечных циклов лучше всего проверять, делая прогнозы относительно того, когда мы увидим следующий солнечный минимум и следующий солнечный максимум. В этом исследовании прогнозируется, что Солнце войдет в солнечный минимум где-то во второй половине 2017 года, а пятна следующего цикла появятся ближе к концу 2019 года.
«Люди делают свои прогнозы относительно того, когда этот солнечный цикл закончится и начнется следующий», — сказал Лимон. «Когда-нибудь в 2019 или 2020 году одни люди окажутся правыми, а другие — нет».Между тем, независимо от того, верна ли новая гипотеза, выдвинутая Макинтошем и его коллегами, этот долгосрочный набор ярких точек и местоположений g-узлов предлагает новый набор наблюдений для изучения факторов солнечной активности, помимо солнечных пятен. Включение этой информации в модели Солнца даст возможность улучшить моделирование нашей звезды.
Такие продвинутые модели говорят нам больше и о других звездах, что позволяет лучше понять сходную магнитную активность у более экзотических и далеких небесных звезд.Для получения дополнительной информации о SDO НАСА посетите: www.nasa.gov/sdo