Магнитные бури и движение планет: ученые нашли взаимосвязь

Пост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com

Солнце — не просто раскаленный газовый шар, дарующий нам свет и тепло. Это сложный механизм, живущий своей ритмичной жизнью, полной загадочных циклов и всплесков активности. Ученые уже давно заметили, что эта активность колеблется, словно мелодия, сменяя громкие аккорды мощных вспышек на тихие интерлюдии затишья. Но кто же пишет партитуру для этой солнечной симфонии?

Активность Солнца под влиянием планет, иллюстрация
Автор: Designer

Немецкие астрофизики под руководством Франка Штефани предлагают неожиданный ответ: дирижерами в этом оркестре выступают планеты Солнечной системы. Их гравитационное влияние, подобно нежным касаниям смычка, рождает волны в раскаленном сердце звезды, задавая ритм ее активности.

От тихого шепота приливов…

В основе этой гипотезы лежит феномен приливных сил. Подобно тому, как Луна вызывает приливы и отливы на Земле, планеты воздействуют на Солнце, создавая на его поверхности еле заметные «волны». Долгое время считалось, что эти колебания слишком слабы, чтобы оказывать заметное влияние на процессы внутри звезды.

Спектральная плотность мощности (PSD) экстремальных высот приливов на Солнце, вызванных всеми восемью планетами и Плутоном. Основные пики формируются различными двухпланетными приливами, за исключением прилива в 11,86 лет, который обусловлен орбитой Юпитера, и прилива в 983 года, который возникает сложным образом в результате совместного действия Венеры, Земли, Юпитера и Сатурна.
Автор: Stefani, F., Horstmann, G.M., Klevs, M. et al. Rieger, Schwabe, Suess-de Vries: The Sunny Beats of Resonance. Sol Phys 299, 51 (2024). https://doi.org/10.1007/s11207-024-02295-x CC-BY 4.0 Источник: link.springer.com

Однако Штефани и его коллеги предлагают взглянуть на эту проблему с другой стороны: а что, если Солнце способно не просто воспринимать эти «шепоты», но и усиливать их, подобно резонатору?

…к раскатам магнитных бурь

Ключевую роль в этой звездной акустике играют так называемые волны магнито-Россби. Эти волны, возникающие в тахоклине — тонком слое на границе между радиационной зоной и конвективной зоной Солнца, обладают удивительным свойством: их период совпадает с периодами, характерными для приливного воздействия планет.

(a) Максимальная скорость магнито-россбиевской волны, индуцированной приливной силой амплитудой Юпитера, но для предполагаемого периода форсирования 118 дней (весенний прилив Венера-Юпитер), в зависимости от искусственного 22-летнего цикла тороидального магнитного поля. (b) Для каждой напряженности поля существует своя гравитационно-волновая скорость, соответствующая определенной глубине в тахоклине, которая приводит к оптимальной реакции в соответствии с (a). Реакция рассчитана для пяти различных параметров затухания, наименьший из которых соответствует вязкости 100см^2 s^-1. — (a) Максимальная скорость магнито-россбиевской волны, индуцированной приливной силой амплитудой Юпитера, но для предполагаемого периода форсирования 118 дней (весенний прилив Венера-Юпитер), в зависимости от искусственного 22-летнего цикла тороидального магнитного поля. (b) Для каждой напряженности поля существует своя гравитационно-волновая скорость, соответствующая определенной глубине в тахоклине, которая приводит к оптимальной реакции в соответствии с (a). Реакция рассчитана для пяти различных параметров затухания, наименьший из которых соответствует вязкости 100см² s^-1.
Автор: Stefani, F., Horstmann, G.M., Klevs, M. et al. Rieger, Schwabe, Suess-de Vries: The Sunny Beats of Resonance. Sol Phys 299, 51 (2024). https://doi.org/10.1007/s11207-024-02295-x CC-BY 4.0 Источник: link.springer.com

Представьте себе: Венера и Юпитер, словно два гигантских камертона, создают гравитационный резонанс, заставляя тахоклин вибрировать в унисон. Эти вибрации, в свою очередь, влияют на генерацию магнитного поля Солнца, формируя знаменитые 11-летние циклы солнечной активности (циклы Швабе).

От вальса Венеры и Земли…

Но этим дело не ограничивается. Ученые предполагают, что более длительные периоды солнечной активности, такие как 200-летний цикл Зюсса-де Фриза, также связаны с гравитационным воздействием планет.

(a) Амплитуда квадрата суммы трех индивидуальных вкладов весенних приливов Венера-Юпитер, Земля-Юпитер и Венера-Земля. Доминирующее скачкообразное поведение соответствует периоду 1.7 лет. (b) То же самое, но с опущенным вкладом весеннего прилива Венера-Земля. Доминирующее скачкообразное поведение соответствует периоду в 292 дня.
Автор: Stefani, F., Horstmann, G.M., Klevs, M. et al. Rieger, Schwabe, Suess-de Vries: The Sunny Beats of Resonance. Sol Phys 299, 51 (2024). https://doi.org/10.1007/s11207-024-02295-x CC-BY 4.0 Источник: link.springer.com

В этом случае «танцевать» приходится уже не двум, а трем партнерам: Венере, Земле и Юпитеру. Их сложное взаимодействие рождает особый ритм — биения с периодом около 11,07 лет. Именно эти биения, по мнению ученых, становятся метрономом для более длительных циклов активности Солнца.

… к симфонии тысячелетий

Более того, исследователи не исключают, что еще более продолжительные периоды солнечной активности, исчисляемые тысячелетиями (циклы Эдди и Брея-Халльштатта), могут быть вызваны хаотическим «переплетением» более коротких циклов, обусловленных взаимодействием сразу всех планет Солнечной системы.

Возникновение периода биений в 200 лет из основного цикла Хейла в 22 года и периода в 19,82 года, связанного с барицентрическим движением Солнца. (a) Три компоненты магнитного поля в r=0.7 в течение 2500-летнего интервала. (b) Детали (a) для интервала в 500 лет. (c) PSD за период T с явным преобладанием 22-летнего цикла, субдоминирующим 200-летним циклом и циклом типа Глейсберга с периодом 66,7 лет. Обратите внимание, что фактические солнечные значения составляют 22,14 года, 19,86 года и 193 года.
Автор: Stefani, F., Horstmann, G.M., Klevs, M. et al. Rieger, Schwabe, Suess-de Vries: The Sunny Beats of Resonance. Sol Phys 299, 51 (2024). https://doi.org/10.1007/s11207-024-02295-x CC-BY 4.0 Источник: link.springer.com

Новая партитура для Солнца

Конечно, эта теория требует дальнейших исследований и подтверждений. Однако она открывает перед нами удивительную картину: Солнце предстает не просто как пассивный объект, а как живой организм, чутко реагирующий на самые незначительные, казалось бы, внешние воздействия.

Возможно, в будущем, раскрыв секреты этой звездной симфонии, мы сможем не только лучше понять природу нашей звезды, но и научиться прогнозировать ее активность, что чрезвычайно важно для жизни на Земле.

В статье говорится о резонансе. Но ведь для резонанса нужна не только внешняя сила, но и собственная частота системы. Что выступает в роли такой «струны», которая начинает звучать в такт планетам?

Этой «струной» и являются волны магнито-Россби. Их период определяется физическими свойствами тахоклина — слоя на границе радиационной и конвективной зон Солнца. И, как оказалось, он удивительным образом совпадает с периодами приливных воздействий планет. Это и создает условия для резонанса.

Циклы солнечной активности наблюдаются на протяжении многих веков. Неужели никто раньше не замечал этой связи с планетами? Почему же эта теория появилась только сейчас?

Заметить связь между движением планет и солнечными циклами действительно пытались еще в XIX веке. Но тогда у ученых еще не было достаточно данных и мощных инструментов для анализа, чтобы подтвердить эту гипотезу. Современная астрофизика, вооруженная компьютерным моделированием и точными астрономическими наблюдениями, позволила взглянуть на эту проблему по-новому.

Хорошо, пусть планеты могут «подталкивать» солнечную активность. Но означает ли это, что мы можем предсказать поведение Солнца, просто рассчитав орбиты планет?

К сожалению, все не так просто. Солнце — чрезвычайно сложная система. Планеты — это лишь один из факторов, влияющих на его активность. Кроме того, в этой «симфонии» есть место и для хаоса, случайных явлений, которые мы пока не можем предсказать.