Солнце в последнее время часто фигурирует в новостях, потому что оно начинает посылать больше вспышек и солнечных бурь. Его недавние беспорядки особенно достойны освещения в печати, потому что Солнце было очень спокойным в течение необычно долгого времени. Астрономам было трудно объяснить продолжительный солнечный минимум. Новое компьютерное моделирование предполагает, что долгое затишье Солнца возникло в результате изменения потоков горячей плазмы внутри него.
"Солнце содержит огромные реки плазмы, похожие на земные океанские течения", - говорит Андрес Муньос-Харамильо, приглашенный научный сотрудник Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики (CfA).«Эти плазменные реки влияют на солнечную активность способами, которые мы только начинаем понимать».
Солнце состоит из четвертого состояния вещества - плазмы, в которой свободно текут отрицательные электроны и положительные ионы. Текущая плазма создает магнитные поля, лежащие в основе солнечной активности, такой как вспышки, извержения и солнечные пятна.
Астрономы десятилетиями знали, что активность Солнца повышается и понижается в цикле, который в среднем длится 11 лет. В самый активный период, называемый солнечным максимумом, поверхность Солнца усеивают темные пятна, а частые извержения выбрасывают в космос миллиарды тонн горячей плазмы. Если плазма упадет на Землю, она может нарушить связь и электрические сети, а также вывести из строя спутники.
Во время солнечного минимума Солнце успокаивается, а солнечные пятна и извержения случаются редко. Последствия для Земли, хотя и менее драматичны, все же значительны. Например, внешняя атмосфера Земли сжимается ближе к поверхности, что означает меньшее сопротивление космического мусора на орбите. Кроме того, солнечный ветер, который дует через Солнечную систему (и связанное с ним магнитное поле), ослабевает, позволяя большему количеству космических лучей достигать нас из межзвездного пространства.
Во время самого последнего солнечного минимума было необычно большое количество безупречных дней: 780 дней в 2008-2010 годах. В типичном солнечном минимуме Солнце остается без пятен около 300 дней, что делает последний минимум самым продолжительным с 1913 года.
«Последний солнечный минимум имел две ключевые характеристики: длительный период отсутствия солнечных пятен и слабое полярное магнитное поле», - объясняет Муньос-Харамильо. (Полярное магнитное поле - это магнитное поле на северном и южном полюсах Солнца.) «Мы должны объяснить оба фактора, если хотим понять солнечный минимум».
Чтобы изучить проблему, Муньос-Харамильо использовал компьютерное моделирование для моделирования поведения Солнца в течение 210 циклов активности, охватывающих около 2000 лет. Он специально рассмотрел роль плазменных рек, которые циркулируют от экватора Солнца к более высоким широтам. Эти течения во многом напоминают океанские течения Земли: поднимаются на экваторе, устремляются к полюсам, затем опускаются и возвращаются к экватору. При типичной скорости 40 миль в час на один круг уходит около 11 лет.
Муньос-Харамильо и его коллеги обнаружили, что плазменные реки Солнца ускоряются и замедляются, как неисправный конвейер. Они обнаружили, что более быстрый поток в течение первой половины солнечного цикла, за которым следует более медленный поток во второй половине цикла, может привести к продолжительному солнечному минимуму. Причина ускорения и замедления, вероятно, связана со сложной обратной связью между потоком плазмы и солнечными магнитными полями.
«Это похоже на производственную линию - замедление определяет «расстояние» между концом последнего солнечного цикла и началом нового», - говорит Муньос-Харамильо.
Конечная цель таких исследований - предсказать предстоящие солнечные максимумы и минимумы - как их силу, так и время. Команда сосредоточилась на моделировании солнечных минимумов и говорит, что пока не может предсказать следующий солнечный минимум (который ожидается в 2019 году)..
«Мы не можем предсказать, как изменится поток этих плазменных рек», - объясняет ведущий автор Дибьенду Нанди (Индийский институт научного образования и исследований, Калькутта). «Вместо этого, как только мы увидим, как меняется поток, мы сможем предсказать последствия».