Молодые звезды – ключ к солнечным бурям

Фото из открытых источников

Магнитный цикл Солнца во многом похож на планетарные сезоны, но в совершенно ином масштабе времени. Во время солнечного «лета», также известного как солнечный максимум, наша звезда становится значительно более активной, на её поверхности появляются тёмные пятна, а в космосе возникают мощные вспышки. Эти солнечные бури заставляют заряженные частицы мчаться по всей Солнечной системе, создавая впечатляющие полярные сияния. В настоящее время мы переживаем эту фазу пиковой активности, и 25-й солнечный цикл, возможно, достигнет своего максимума в 2024 году.

Напротив, солнечная «зима» приносит период относительного спокойствия, с меньшим количеством солнечных пятен и минимальным количеством солнечных бурь. Эта 11-летняя закономерность десятилетиями озадачивала учёных, поскольку наше Солнце казалось уникальным среди звёзд, поскольку другие подобные звёзды, по-видимому, имели магнитные циклы, которые были либо значительно короче, либо значительно длиннее, что делало наше Солнце астрономической диковинкой.

Движущая сила 11-летнего магнитного цикла Солнца кроется глубоко в его бурлящих недрах, в процессе, называемом солнечным динамо. В отличие от Земли, которая вращается как твердое тело, Солнце представляет собой плазменный шар, который вращается быстрее на своем экваторе, чем на своих полюсах, мы называем это дифференциальным вращением. Это неравномерное вращение в сочетании с конвекцией и перемешиванием горячей плазмы, поднимающейся от ядра Солнца к его поверхности, действует как мощный генератор магнитного поля. По мере вращения Солнца его магнитные силовые линии скручиваются и запутываются, накапливая магнитную энергию, пока в конечном итоге не разрываются и не воссоединяются во взрывных событиях, таких как солнечные вспышки. В течение примерно 11 лет этот процесс полностью реорганизует магнитное поле Солнца, меняя местами его северный и южный магнитные полюса, прежде чем цикл начинается снова.

Именно этот фундаментальный магнитный процесс исследователи из Университета Маккуори, Университета Нового Южного Уэльса и Китайской академии наук приступили к изучению на примере различных звёзд. Их работа поставила под сомнение и, возможно, полностью опровергла предположение о том, что 11-летний цикл Солнца является уникальным для звёзд. Проанализировав данные по 138 звёздам, подобным Солнцу, и собрав данные с нескольких космических телескопов за более чем десятилетие, исследователи обнаружили, что поведение нашего Солнца вовсе не является необычным. Ключевое открытие было сделано в результате изучения звёзд на разных стадиях развития.

«Мы обнаружили несколько молодых звёзд, подобных Солнцу, с магнитными циклами, похожими на циклы нашего Солнца, но короче. По мере того, как эти звёзды стареют и замедляются, их циклы могут эволюционировать, приобретая циклы, подобные текущему 11-летнему циклу нашего Солнца», — говорит Дипак Чахал из Университета Маккуори, возглавлявший исследование звёздных магнитных циклов, опубликованное в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Изучение звёзд на разных стадиях эволюции подобно машине времени, позволяющей заглянуть в прошлое и будущее Солнца. Молодые, энергичные звёзды демонстрируют быстрые магнитные циклы, но по мере их взросления и замедления вращения их магнитное поведение эволюционирует, приближаясь к тому, что мы наблюдаем у нашего Солнца среднего возраста сегодня. Это говорит о том, что когда-то, миллиарды лет назад, наше Солнце было моложе и активнее, магнитные циклы были гораздо более частыми.

По мере того, как мы расширяем наше присутствие в космосе, в преддверии марсианских миссий и всё больше становимся зависимыми от технологий, понимание солнечных циклов становится всё более важным. Солнечные бури могут нарушить работу систем GPS, помешать авиационной связи и вывести из строя электросети на Земле. Пилоты, летающие по полярным маршрутам, сталкиваются с повышенным уровнем радиации во время максимальной солнечной активности, что требует тщательного планирования и мониторинга полётов. Риски ещё выше для космических путешественников, отправляющихся за пределы защитной среды Земли.

Великолепные полярные сияния, наблюдавшиеся в необычно низких широтах в течение последнего года, служат ярким напоминанием о текущей активной фазе Солнца. Однако они также отражают сложные магнитные процессы, связывающие нашу звезду с Землёй и влияющие на всё: от работы спутников до траекторий полётов самолётов по всему миру.