Новая физическая модель подтверждает планетарную гипотезу

Исследователи из Центра Гельмгольца Дрезден-Россендорф (HZDR) и Латвийского университета предложили первое комплексное физическое объяснение различных циклов солнечной активности. В нем вихревые токи на Солнце, известные как волны Россби, рассматриваются как посредники между приливными влияниями Венеры, Земли и Юпитера и магнитной активностью Солнца.

Таким образом, исследователи представили последовательную картину солнечных циклов разной продолжительности — и еще один весомый аргумент в пользу ранее спорной планетарной гипотезы. Результаты были опубликованы в журнале Solar Physics.

Хотя Солнце, находящееся рядом с нами, является самой изученной звездой, многие вопросы о его физике еще не получили полного ответа. К ним относятся ритмичные колебания солнечной активности. Наиболее известное из них заключается в том, что в среднем Солнце достигает радиационного максимума каждые одиннадцать лет — специалисты называют это циклом Швабе.

Этот цикл активности происходит потому, что магнитное поле Солнца меняется в течение этого периода и в конце концов меняет полярность. В этом нет ничего необычного для звезды, если бы не тот факт, что цикл Швабе удивительно стабилен.

На цикл Швабе накладываются другие, менее очевидные колебания активности продолжительностью от нескольких сотен дней до нескольких сотен лет, каждый из которых назван в честь своих первооткрывателей. Хотя уже предпринимались различные попытки объяснить эти циклы и математические расчеты, всеобъемлющей физической модели до сих пор не существует.

Планеты задают ритм

В течение нескольких лет доктор Фрэнк Стефани из Института гидродинамики HZDR был сторонником «планетарной гипотезы», поскольку очевидно, что гравитация планет оказывает приливное воздействие на Солнце, аналогичное воздействию Луны на Землю. . Этот эффект наиболее силен каждые 11,07 года: всякий раз, когда три планеты — Венера, Земля и Юпитер — выстраиваются на Солнце в особенно яркую линию, сравнимую с весенним приливом на Земле во время новолуния или полнолуния. Это четко совпадает с циклом Швабе.

Магнитное поле Солнца образуется в результате сложных движений электропроводящей плазмы внутри него. «Его можно представить себе как гигантское динамо. Хотя это солнечное динамо само по себе генерирует примерно 11-летний цикл активности, мы думаем, что влияние планет вмешивается в это динамо, неоднократно давая ему небольшой толчок и тем самым заставляя Солнце иметь необычайно стабильный 11,07-летний ритм», — объясняет Стефани.

Несколько лет назад он и его коллеги нашли убедительные доказательства такого синхронизированного процесса в имеющихся данных наблюдений. Они также смогли соотнести различные солнечные циклы с движением планет, просто используя математические методы. Однако поначалу корреляция не находила достаточного физического объяснения.

Волны Россби на Солнце действуют как посредники

«Теперь мы нашли основной физический механизм. Мы знаем, сколько энергии требуется для синхронизации динамо, и знаем, что эта энергия может быть передана Солнцу с помощью так называемых волн Россби. Самое замечательное, что теперь мы можем объяснить не только цикл Швабе и более длинные солнечные циклы, но и более короткие циклы Ригера, которые мы раньше даже не рассматривали», — говорит Стефани.

Волны Россби — это вихревые потоки на Солнце, аналогичные крупномасштабным волновым движениям в атмосфере Земли, которые управляют системами высокого и низкого давления.

Исследователи подсчитали, что приливные силы во время весенних приливов на двух из трех планет — Венере, Земле и Юпитере — обладают именно теми свойствами, которые активируют волны Россби, — открытие, имеющее множество последствий.

Во-первых, эти волны Россби достигают достаточно высоких скоростей, чтобы придать солнечной динамо-машине необходимый импульс. Во-вторых, это происходит каждые 118, 193 и 299 дней в соответствии с циклами Ригера, наблюдаемыми на Солнце. И в-третьих, на этой основе можно рассчитать все дополнительные солнечные циклы.

Все циклы объясняются одной и той же моделью

Именно здесь на помощь приходит математика: наложение трех коротких циклов Ригера автоматически приводит к выдающемуся 11,07-летнему циклу Швабе. И модель даже предсказывает долгосрочные солнечные колебания, поскольку движение Солнца вокруг центра тяжести Солнечной системы вызывает так называемый период биений в 193 года, основанный на цикле Швабе.

Это соответствует порядку величины другого наблюдаемого цикла — цикла Суисс-де-Фриз.

В связи с этим исследователи обнаружили впечатляющую корреляцию между рассчитанным 193-летним периодом и периодическими колебаниями в климатических данных. Это еще один убедительный аргумент в пользу планетарной гипотезы, поскольку «резкий пик Суисс-де-Фризе в 193 года вряд ли можно объяснить без фазовой стабильности в цикле Швабе, которая присутствует только в синхронизированном процессе», — оценивает Стефани.

Значит ли это, что на вопрос о том, следует ли Солнце за движением планет, наконец-то получен ответ? Стефани говорит: «Вероятно, мы будем уверены на 100% только тогда, когда получим больше данных. Но уже сейчас доводы в пользу того, что процесс синхронизируется планетами, очень сильны».