Переосмысление солнечных циклов: новая физическая модель подтверждает планетарную гипотезу

Исследователи из Центра имени Гельмгольца в Дрездене-Россендорфе (HZDR) и Латвийского университета предложили первое комплексное физическое объяснение различных циклов солнечной активности. Он идентифицирует вихревые токи на Солнце, известные как волны Россби, как посредников между приливными влияниями Венеры, Земли, а также Юпитера и магнитной активностью Солнца.

Таким образом, исследователи представляют последовательную модель солнечных циклов различной продолжительности — и еще один веский аргумент в поддержку ранее спорной планетарной гипотезы. Результаты теперь опубликованы в журнале Solar Physics.

Хотя находящееся рядом с нами Солнце является наиболее изученной звездой, на многие вопросы его физики до сих пор не даны полные ответы. К ним относятся ритмические колебания солнечной активности. Самый известный из них заключается в том, что в среднем Солнце достигает максимума радиации каждые одиннадцать лет — эксперты называют это циклом Швабе.

Этот цикл активности происходит потому, что магнитное поле Солнца меняется в этот период и в конечном итоге меняет полярность. В этом само по себе нет ничего необычного для звезды, если бы не тот факт, что цикл Швабе удивительно стабилен.

На цикл Швабе накладываются другие, менее очевидные колебания активности длительностью от нескольких сотен дней до нескольких сотен лет, каждое из которых названо в честь своих первооткрывателей. Хотя уже предпринимались различные попытки объяснить эти циклы и математические расчеты, комплексной 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 ясно, что гравитация планет оказывает приливное воздействие на Солнце, подобное влиянию Луны на Землю. . Этот эффект наиболее силен каждые 11,07 лет: всякий раз, когда три планеты Венера, Земля и Юпитер выстраиваются на одной линии с Солнцем по особенно яркой линии, сравнимой с весенним приливом на Земле во время новолуния или полнолуния. Это явно совпадает с циклом Швабе.

Магнитное поле Солнца формируется в результате сложных движений электропроводящей плазмы внутри Солнца. Стефани объясняет:

«Вы можете думать об этом как о гигантской динамо-машине. Хотя это солнечное динамо само по себе генерирует примерно 11-летний цикл активности, мы полагаем, что влияние планет затем вмешивается в работу этого динамо, неоднократно давая ему небольшой толчок и тем самым заставляя необычно стабильный 11,07-летний ритм на солнце.»

Несколько лет назад он и его коллеги обнаружили в доступных данных наблюдений убедительные доказательства такого рода синхронизированного процесса. Они также смогли соотнести различные солнечные циклы с движением планет, просто используя математические методы. Однако поначалу корреляцию не удалось в достаточной степени объяснить физически.

Волны Россби на Солнце действуют как посредники

«Теперь мы нашли основной физический механизм. Мы знаем, сколько энергии требуется для синхронизации динамо-машины, и знаем, что эта энергия может передаваться Солнцу с помощью так называемых волн Россби. Самое замечательное то, 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».

Волны Россби — это вихревые течения на Солнце, подобные крупномасштабным волновым движениям в атмосфере Земли, которые контролируют системы высокого и низкого давления.

Исследователи подсчитали, что приливные силы во время весенних приливов на двух из трех планет Венеры, Земли и Юпитера обладали именно теми свойствами, которые активировали волны Россби — открытие, имеющее множество последствий.

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

Все циклы объясняются одной моделью

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

Это соответствует порядку величины другого наблюдавшегося цикла — цикла Зюсса-де Фриза.

В этом контексте исследователи обнаружили впечатляющую корреляцию между рассчитанным 193-летним периодом и периодическими колебаниями климатических данных. Это еще один веский аргумент в пользу планетарной гипотезы, поскольку резкий пик Зюсса-де Фриза на 193 году вряд ли можно объяснить без фазовой стабильности в цикле Швабе, которая присутствует только в синхронизированном процессе, по оценкам Стефани.

Означает ли это, что вопрос о том, следует ли Солнце за движением планет, наконец-то дан ответ? Стефани говорит:

«Вероятно, мы будем уверены на 100% только тогда, когда у нас будет больше данных. Но аргументы в пользу процесса, синхронизируемого планетами, сейчас очень сильны.»