Прогноз солнечной магнитной активности

Прогнозирование солнечной магнитной активности является сложной задачей, имеющей важное прикладное значение. Зная уровень солнечной активности можно рассчитать потоки космических лучей и определить радиационную обстановку для орбитальных и межпланетных полетов. А сделав оценки солнечной активности в будущем можно оценить радиационную обстановку в околоземном и межпланетном пространстве для будущих космических миссий.

Солнечная магнитная активность имеет циклические вариации и проявляется в виде периодических изменений различных характеристик Солнца — чисел Вольфа, площади солнечных пятен, количества солнечных вспышек, электромагнитного излучения в различных диапазонах частот. Исследования показали, что большая часть из этих характеристик хорошо коррелирует с интенсивностью космических лучей.

Цикличность изменения характеристик солнечной активности связана с процессом генерации магнитного поля внутри конвективной зоны Солнца. Широко известны 11-летние циклы магнитной солнечной активности («цикл Швабе»), удвоенный цикл Швабе длиной около 22 лет («цикл Хейла»), в котором состояние глобального магнитного поля Солнца возвращается к исходному через два полных 11-летних цикла, цикл Гляйсберга с периодом около одного века, а также сверхдлинные циклы длиной в несколько тысяч лет. Согласно радиоуглеродным данным, раз в несколько сотен лет наступают глобальные минимумы (минимумы Оорта, Вольфа, Шперера, Маундера), когда солнечная активность значительно спадает на протяжении нескольких десятков лет. Например, минимум Маундера тянулся 70 лет (примерно с 1645 по 1715 годы) и за этот период наблюдалось всего около 50 солнечных пятен вместо обычных 40-50 тысяч.

Коллективом авторов (В. Жаркова из Нортумбрийского университета, С. Шеферд из Брэдфордского университета, С. Жарков из Халлского университета, Е. Поповой из НИИЯФа МГУ) был написан ряд статей, в которых был сделан прогноз солнечной магнитной активности на ближайшие десятилетия.

В. Жарковой, С. Шефердом и С. Жарковым были исследованы наблюдательные данные о магнитном поле Солнца за последние несколько десятков лет с помощью статистического метода анализа главных компонент, который позволил выявить волны с самым большим вкладом. Принцип работы этого метода можно сравнить с разложением белого света призмой на цвета радуги, или волны с разными частотами. Такой анализ показал, что магнитные волны на Солнце генерируются парами, и самая главная пара отвечает за изменения поля с дипольной симметрией во времени. Это поле и связывают с переменной солнечной активностью.

Для выделенных волн был найден закон изменения их амплитуды во времени. Оказалось, что в 2020-2050 годах амплитуда магнитного поля Солнца будет меньше, чем обычно, и этот период времени можно будет связать с новым минимумом солнечной магнитной активности.

Е. Поповой была выдвинута гипотеза, что минимумы солнечной магнитной активности могут быть связаны с процессом биений двух волн магнитного поля. Каждая из волн генерируется на разной глубине в недрах Солнца и эти волны имеют близкие частоты. В результате всплытия магнитного поля на поверхность эти волны взаимодействуют и в результате возникают биения амплитуды результирующего магнитного поля. Это и приводит к периодическому значительному спаду амплитуды магнитного поля на протяжении нескольких десятилетий.

с.н.с. Попова Е.П., Отдел Космических наук, лаборатория космофизических исследований, НИИЯФ МГУ