Ученые нашли способ предсказывать солнечные бури за семь лет

Точка «отключения» в солнечном цикле может раскрыть силу будущих солнечных бурь за семь лет до их наступления. Credit: NASA’s Goddard Space Flight Center/SDO

Ученые разработали метод прогнозирования, который может предсказать силу следующего цикла солнечной активности за семь лет до его пика.

Метод основан на количестве солнечных пятен на недавно выявленной стадии «отключения» в солнечном цикле. В этот момент наиболее сильные космические погодные явления на Солнце резко прекращаются. Исследователи уже использовали этот подход для составления раннего прогноза для 26-го солнечного цикла.

Предварительные оценки показывают, что 26-й цикл может быть умеренным, с числом солнечных пятен примерно от 100 до 120. Это сделало бы его сопоставимым с текущим 25-м солнечным циклом или, возможно, слабее него. Однако исследователи смогут сделать более точный прогноз только примерно через два года, и как более сильные, так и более слабые сценарии остаются теоретически возможными.

Результаты будут представлены на этой неделе на Национальном астрономическом собрании Королевского астрономического общества в Бирмингеме.

Сандра Чепмен, профессор физики и директор Центра термоядерного синтеза, космоса и астрофизики Уорикского университета, заявила: «Солнце не засыпает медленно, а затем медленно просыпается снова. Вместо этого мы обнаружили, что наиболее экстремальные космические погодные явления выключаются довольно внезапно в определенной точке каждого солнечного цикла. Определив эту точку, мы нашли новый способ предсказать, насколько активным, вероятно, будет следующий солнечный цикл».

Профессор Чепмен ожидает, что прогноз для 26-го цикла станет гораздо точнее примерно через два года. К тому времени 25-й солнечный цикл должен достичь недавно выявленной точки «отключения», что позволит ученым основывать свои расчеты на прямых наблюдениях вместо прогнозов.

Солнце проходит цикл продолжительностью около 11 лет. За это время его магнитное поле меняет полярность, а количество видимых солнечных пятен сначала увеличивается, а затем уменьшается.

Солнечные пятна — это высокоактивные магнитные области на поверхности Солнца. Они могут производить мощные солнечные вспышки и корональные выбросы массы, которые посылают энергию и заряженные частицы в космос. Эта космическая погода может влиять на спутники, связь, навигационные системы и электрические сети на Земле.

Астрономы отслеживают солнечные пятна на протяжении столетий, но каждый солнечный цикл ведет себя по-разному. Некоторые циклы длиннее или короче других, и их интенсивность может значительно варьироваться. Эти различия затрудняли прогнозирование силы предстоящего цикла.

Новый метод основан на более ранней разработке профессора Чепмен — «солнечных часах», системе, которая приводит нерегулярные солнечные циклы к стандартизированному времени. Эта работа показала, что экстремальные космические погодные явления не исчезают медленно по мере затухания цикла. Вместо этого они заканчиваются на четко определенной стадии.

Профессор Чепмен и ее коллеги обнаружили, что количество солнечных пятен, видимых на этой стадии, тесно связано с максимальным количеством пятен, достигнутым в следующем солнечном цикле. Эта взаимосвязь создает новый способ оценки силы будущего цикла примерно за шесть-семь лет до его пика. Существующие методы прогнозирования обычно обеспечивают меньшее время упреждения, поскольку ученые должны ждать, пока Солнце достигнет солнечного минимума — самой спокойной части своего цикла.

Метод также указывает на определенную фазу, когда, как ожидается, установится магнитное поле, ответственное за следующий цикл. Исследователи надеются, что это время поможет им лучше понять солнечное динамо — процесс, который создает и поддерживает магнитное поле Солнца.

Профессор Чепмен сказала: «Мы примерно в двух годах от точки отключения для текущего 25-го солнечного цикла. Сейчас мы должны оценить, где будет эта точка, но как только мы достигнем ее, мы сможем использовать только наблюдения, чтобы сделать гораздо более точный прогноз для 26-го солнечного цикла. Это все равно даст нам около семи лет предупреждения о том, насколько сильным, вероятно, будет цикл».

Ранее этот метод показал, что 25-й солнечный цикл будет более активным, чем предсказывали многие более ранние прогнозы. Эта более высокая активность способствовала появлению впечатляющих полярных сияний, наблюдавшихся в последние годы.

Великобритания пережила несколько исторических солнечных бурь в 2024 году, когда 25-й цикл приближался к своему «солнечному максимуму» — периоду наибольшей активности. Наиболее заметные события произошли с 10 по 13 мая. Скопление огромных солнечных пятен вблизи солнечного максимума вызвало сильнейшие геомагнитные бури, затронувшие Землю за последние более чем 20 лет. События вызвали яркие и обширные полярные сияния по всей Великобритании, причем северное сияние было видно далеко на юге, вплоть до Девона и Корнуолла.

В 2022 году профессор Чепмен получила медаль Чепмена от Королевского астрономического общества. Награда была вручена в знак признания ее новаторских исследований поведения планетарных магнитных полей и того, как эти поля генерируют космическую погоду.

Недавно выявленная точка отключения также наступает, когда активные области солнечных пятен смещаются ниже примерно 15 градусов солнечной широты. В течение каждого солнечного цикла пятна образуют «бабочкообразный узор». Сначала они появляются на более высоких широтах и постепенно приближаются к солнечному экватору по мере развития цикла.

Солнце имеет дифференциальное вращение, то есть разные широты вращаются с разной скоростью. Однако ниже примерно 15 градусов широты эта разница в скорости вращения становится слабее. Это создает область совместного вращения вокруг солнечного экватора (солнечное «струйное течение»).

Профессор Чепмен полагает, что наиболее мощные корональные выбросы массы вызываются дифференциальным вращением. Поскольку части Солнца вращаются с разной скоростью, они скручивают возникающее магнитное поле и накапливают энергию. Как только активные области солнечных пятен смещаются в пределах 15 градусов от экватора, этот механизм скручивания ослабевает, и основной драйвер экстремальной космической погоды отключается.

Чтобы проверить эту идею, профессор Чепмен изучила 27-дневную (среднее солнечное вращение) корреляцию в aa-индексе (геомагнитная активность на Земле) и сравнила ее с зарегистрированными событиями космической погоды. После точки отключения геомагнитные бури стали менее экстремальными и следовали 27-дневной схеме. Это позволяет предположить, что они, вероятно, вызывались совместно вращающимися потоками, а не корональными выбросами массы.

Источники: sciencedaily.com

Материалы предоставлены Королевским астрономическим обществом.