Новый метод прогнозирования силы 11-летнего солнечного цикла

Солнце является источником мощных взрывов, которые могут повлиять на космонавтов и современные технологии. В начале XVII века Галилео Галилей направил телескоп на Солнце и открыл солнечные пятна. В XIX веке стало ясно, что солнечные пятна появляются и исчезают с определенной периодичностью, в среднем каждые 11 лет. Сейчас солнечные пятна регулярно отслеживаются более чем 80 обсерваториями по всему миру, и исследователи собирают непрерывные записи солнечных пятен на протяжении более четырех столетий, что является самым продолжительным научным экспериментом в истории человечества.

Солнечные пятна — это визуальные проявления мощных магнитных полей, поднявшихся из недр Солнца через поверхность. Магнитные потоки, несущие солнечное вещество, выходят из одного пятна, образуют гигантскую петлю, и снова падают на поверхность через другое пятно. Поэтому большинство солнечных пятен образуют пары, которые, как магнит, имеют противоположную полярность — одна положительная, а другая отрицательная. В этих петлях накапливается свободная магнитная энергия, которая может внезапно высвободиться, например, в виде вспышки или выброса плазмы.

Всего за несколько минут солнечная вспышка может высвободить в 100 000 раз больше энергии, чем все электростанции на Земле вырабатывают в течение года. Свет от вспышки достигает Земли за 8 минут; плотная атмосфера Земли поглощает опасное излучение, защищая жизнь на поверхности. Но все же это нарушает радиосвязь и GPS. Например, в ноябре 2015 года в Швеции самолеты пропали с радаров из-за солнечной вспышки. А когда солнце находится в штормовом настроении, авиакомпании вынуждены отменять полеты над полюсами, потому что во время штормов отсутствует радиосвязь. Часто сразу после вспышки плазменные облака выбрасываются из солнечной короны в космос. Корональные выбросы массы, гигантские пузыри магнитной плазмы весом в миллиарды тонн, быстро расширяются от Солнца и могут столкнуться с Землей за считанные дни, если орбиты пересекутся. Так Солнце передает свое настроение нашей планете — бушует геомагнитная буря, появляется северное сияние.

«В настоящее время мы вступили в восходящую фазу нового солнечного цикла (№ 25) и видим, как на Солнце появляется все больше и больше солнечных пятен. Больше солнечных пятен — больше солнечных бурь, вспышек и выбросов корональной массы. Недавно SpaceX запустила 49 спутников в качестве части интернет-проекта Илона Маска Starlink. Но, к сожалению, большинство CubeSats были потеряны и не вышли на предполагаемую орбиту. Этот сбой стоил более 50 миллионов долларов США и был вызван солнечной бурей. Таким образом, прогнозы солнечной активности крайне важны для планирования запусков спутников, длительных космических полетов, прогнозирования радиационного облучения при полетах самолетов и многих других приложений космической погоды, чтобы жить в гармонии с грозовым настроением солнца», — говорит Татьяна Подладчикова, руководитель исследования из Сколтеха.

Авторы исследования в области астрономии и астрофизики предложили новый метод прогнозирования силы 11-летнего солнечного цикла. Команда показала, что максимальная скорость роста активности солнечных пятен в восходящей фазе солнечного цикла является эффективным предвестником амплитуды солнечного цикла. Используя новый каталог чисел солнечных пятен в полушарии, недавно представленный командой, они показали, что предсказания амплитуд солнечного цикла более точны, когда эволюция солнечной активности рассматривается отдельно для двух полушарий Солнца.

«Солнечное магнитное поле является движущей силой 11-летнего солнечного цикла и энергетических извержений Солнца. Из нашего исследования мы узнали, что можем получить более точные прогнозы солнечной активности, используя данные о солнечных пятнах полушарий, которые фиксируют асимметричные и несовпадающие по фазе эволюции солнечного магнитного поля в северном и южном полушариях», — говорит соавтор исследования Астрид Верониг, профессор Университета Граца и глава обсерватории Канцелхёэ по исследованию Солнца и окружающей среды.

Соавтор исследования из Сколтеха Шантану Джайн подчеркнул практическую важность нового исследования предсказания солнечного цикла: «Это исследование позволяет точно определить эволюцию солнечного цикла заблаговременно и подготовиться к экстремальному космическому погодному явлению. С ростом зависимости от технологий в 21 веке экстремальное явление космической погоды может нарушить нашу повседневную жизнь, поскольку может повредить электросети, линии связи и повлиять на Интернет, что приведет к огромным экономическим потерям. Эффективные и точные методы прогнозирования космической погоды могут помочь нам предотвратить такие сценарии».

«Наша работа подтверждает высокую важность самостоятельного изучения полушарий Солнца и регулярного сбора данных о них. Также стоит отметить, что наш метод можно использовать в режиме реального времени, мы можем непрерывно прогнозировать амплитуду цикла в течение развития восходящей фазы солнечного цикла и обновлять прогноз, когда последнее значение скорости роста больше, чем предыдущее. С учетом доступных на данный момент данных мы прогнозируем, что нижняя оценка амплитуды текущего солнечного цикла (№ 25) будет 110 ± 26 , что сопоставимо с предыдущим 11-летним солнечным циклом (№ 24)», — говорит соавтор исследования, выпускница магистратуры Сколтеха Ольга Сутырина.

Исследование проводилось учеными из Сколтеха, Университета Граца и обсерватории Канцелхёэ (Австрия), обсерватории Хвар (Хорватия) и Бельгийского солнечно-земного центра передового опыта — SILSO, Королевской обсерватории Бельгии и будет опубликовано в журнале Astronomy & Astrophysics.