Солнечные пятна
Что такое солнечные пятна, почему они кажутся тёмными, как устроен одиннадцатилетний цикл активности и чем он важен для Земли.
Тёмные пятна на диске Солнца заметили ещё до изобретения телескопа, но понять их удалось только в XX веке. Сегодня по числу пятен отслеживают одиннадцатилетний цикл активности Солнца, а от этого цикла зависят вспышки, магнитные бури и полярные сияния.
Что такое пятно
Пятно — участок фотосферы («Строение Солнца»), где в поверхность выходит сильное магнитное поле. В центре пятна оно достигает примерно 0,2–0,4 тесла, в несколько тысяч раз больше, чем у поверхности Земли. Такое поле мешает горячему газу подниматься снизу, и участок остывает. Температура пятна на тысячу-две градусов ниже, чем у окружающей фотосферы (около 5500 °C), поэтому на её фоне оно выглядит тёмным. Само по себе пятно всё равно очень горячее и, если бы его можно было отделить, ярко светило бы.
Типичное пятно состоит из тёмной сердцевины (тени) и более светлой полутени вокруг. Размеры — от сотен до десятков тысяч километров: отдельные пятна заметно больше Земли. Живут они от нескольких дней до нескольких месяцев. Обычно пятна появляются группами, а вокруг них возникают яркие участки — факелы. Именно они дают небольшой избыток излучения: в максимуме активности Солнце светит чуть ярче, примерно на десятую долю процента, несмотря на обилие тёмных пятен.
Как их открыли
Одни из первых телескопических наблюдений относятся к 1610–1611 годам: пятна независимо наблюдали Томас Харриот, Иоганн Фабриций, Христоф Шайнер и Галилео Галилей. По их движению Галилей понял, что Солнце вращается: пятна проходят по диску примерно за две недели. Позднее выяснилось, что вращение неодинаково: на экваторе оборот занимает около 25 суток, у полюсов — больше.
Одиннадцатилетний цикл
В 1843 году немецкий любитель астрономии Генрих Швабе, наблюдавший Солнце почти двадцать лет, опубликовал вывод: число пятен периодически растёт и убывает с периодом около десяти лет. Сегодня известно, что цикл длится в среднем около 11 лет, но может быть короче или длиннее. Циклы нумеруют с 1755 года; цикл 25 начался в декабре 2019 года.
В начале цикла пятна появляются на средних широтах (около 30° от экватора), по мере развития цикла — всё ближе к экватору. Если отметить широту пятен на графике по годам, получится узор, который называют «бабочкой Маундера».
Пятна — только след более глубокого процесса. Примерно каждые 11 лет магнитные полюса Солнца меняются местами, поэтому полный магнитный цикл длится около 22 лет (закон Хейла: у пар пятен в северном и южном полушариях полярность противоположна и меняется от цикла к циклу). Механизм, который создаёт и перестраивает поле, называют солнечным динамо («Магнитные поля в космосе»).
Что было в цикле 25
15 октября 2024 года NASA и NOAA объявили, что Солнце вошло в фазу максимума 25-го цикла. По оценке группы прогнозистов, максимум должен был продолжаться примерно ещё год, после чего активность пойдёт на спад. В мае 2024 года мощная группа пятен (AR 13664) породила несколько выбросов массы, которые вызвали сильнейшую за двадцать с лишним лет геомагнитную бурю: полярные сияния были видны в необычно низких широтах.
Если пятен нет
Пятна исчезали почти полностью на десятилетия. Самый известный период — минимум Маундера (примерно 1645–1715 годы): тогда в наблюдениях пятен почти нет. Он совпал с холодным периодом в Европе, но связь между ними остаётся предметом обсуждения, а вклад изменений Солнца в нынешнее потепление мал («Атмосфера Земли»).
Чем это важно для Земли
- Вокруг групп пятен возникают солнечные вспышки и выбросы корональной массы. Их частота растёт к максимуму цикла.
- Заряженные частицы и ударные волны взаимодействуют с магнитосферой («Магнитное поле Земли»): возникают магнитные бури, могут пострадать спутники, радиосвязь и электросети. Самая известная из таких бурь — событие Кэррингтона 1859 года.
- К максимуму цикла сильнее становится солнечный ветер, и чаще бывают полярные сияния.
Как смотреть на Солнце безопасно
Смотреть на Солнце без специального фильтра нельзя ни глазом, ни в бинокль, ни в телескоп: сетчатка получает необратимые ожоги. Для пятен нужен светофильтр, закрывающий всю апертуру прибора (плёнка или стекло для наблюдения Солнца), или проекция изображения на экран. Обычные тёмные очки, засвеченная плёнка и стёкла от сварки не подходят. Подробнее о приборах — в разделе «Телескопы».