Полюса магнитного поля Солнца постепенно исчезают. Но не паникуйте: все это часть обычного 11-летнего цикла активности нашей ведущей звезды. Солнечная активность, измеряемая количеством темных пятен на поверхности Солнца, за последние несколько лет увеличилась, равно как и солнечные вспышки, такие как вспышки электромагнитного излучения и плазменные струи. Солнечные бури приносят потрясающие полярные сияния и периодические отключения радиосвязи.
Схематическая диаграмма линий магнитного поля Солнца, изображенная на снимке Солнца, сделанном Обсерваторией солнечной динамики НАСА 12 марта 2016 года, когда солнечная активность пошла на убыль. Источник изображения: NASA/SDO/AIA/LMSAL.
Но для землян эти солнечные события менее очевидны: они также разрушают удивительно изменчивое магнитное поле Солнца, в результате чего полюса нашей звезды теряют почти весь заряд. Ученые говорят, что магнитное поле со временем изменится, а затем постепенно усилится по мере ослабления солнечной активности.
«Сейчас кажется, что полярные магнитные поля Солнца в значительной степени синхронизированы», — сказала Лиза Аптон, ученый по солнечной энергии из Юго-западного исследовательского института в Боулдере, штат Колорадо. «Они очень близки к нулю, поэтому становятся очень, очень слабыми, но мы еще не совсем достигли точки разворота».
Смена полярности ознаменует середину процесса, который начался примерно в декабре 2019 года, когда Солнце находится в самом спокойном состоянии и почти не видно ни одного солнечного пятна. В это время магнитное поле звезды представляет собой относительно аккуратный диполь, один полюс которого заряжен положительно, а другой отрицательно.
Но в отличие от магнитного поля Земли или магнитного стержня, магнетизм Солнца неоднороден и крайне нестабилен, даже во время дипольной фазы. «Это не однородное положительное магнитное поле», — сказал ученый из Стэнфордского университета Тодд Хоксема. «Он состоит из множества небольших областей магнитного потока, большинство из которых имеют одну полярность, а не другую. Это динамическое изменение». "
Дипольная фаза быстротечна. По мере вращения Солнца кажущееся упорядоченным магнитное поле скручивается и усиливается. Магнитные поля также поднимаются к поверхности Солнца, обычно вблизи солнечного экватора, где они проявляются в виде солнечных пятен. Солнечные пятна кажутся темными, потому что повышенный магнетизм блокирует передачу тепла в эту область, создавая более прохладную область, где солнечные пятна светятся менее ярко, чем остальная часть солнечной поверхности.
Каждое солнечное пятно представляет собой пару: одно с положительным магнетизмом, другое с отрицательным магнетизмом. По мере распада солнечного пятна большая часть (но не все) этих магнитных пар рассеивается, оставляя лишь небольшой остаточный магнитный поток. Этот остаточный магнетизм обычно противоположен магнитному полюсу, присутствующему в солнечном полушарии. Когда материал движется вокруг Солнца, этот остаточный магнитный поток обычно движется к магнитным полюсам этого полушария, что часто нейтрализует часть существующего там магнитного поля.
Остаточный магнитный поток, создаваемый парой солнечных пятен, сам по себе не оказывает большого влияния, но в более активные периоды солнечного цикла Солнце может легко производить 100 солнечных пятен одновременно. По мере того как все эти солнечные пятна формируются и удаляются, оставшиеся крошечные заряды постепенно накапливаются на полюсах и компенсируют свою полярность.
Тем не менее, этот процесс может застопориться в зависимости от активности Солнца и аспектов его магнитного поля, которые ученые пока не могут предсказать. «Это не происходит упорядоченным образом, это не плавная функция», — сказал Аптон об изменениях магнитного поля Солнца.
Но на данный момент несколько лет активности солнечных пятен практически уничтожили магнитные полюса звезды, и вот-вот произойдет разворот. «Солнце сейчас довольно активно», — сказал Санджай Госсейн, ученый-солнечник из Национальной солнечной обсерватории. «Если так будет продолжаться, я думаю, в течение шести месяцев или около того мы увидим полный переворот магнитного полюса».
Ученые с нетерпением ждут, чтобы увидеть, как будет разворачиваться обратный процесс. «Это не мгновенное событие, и это не происходит повсюду одновременно. Например, во время последнего солнечного цикла полярность северного полушария Солнца изменилась, начиная с начала июня 2012 года, а затем колебалась около нейтральной до конца 2014 года, хотя южное полушарие совершило плавный переход к противоположной полярности в середине 2013 года. В этом году переход к полюсам кажется более равномерным. не знаю, кто пойдет первым; это немного похоже на скачки».
Ученые говорят, что смена магнитных полюсов Солнца обычно предвещает приближение солнечного максимума, и количество солнечных пятен начнет уменьшаться. Это соответствует предыдущим прогнозам о том, что этот солнечный цикл будет относительно слабым, хотя, вероятно, немного более сильным, чем последний солнечный цикл, пик которого пришелся на апрель 2014 года.
«Теперь кажется, что полярное магнитное поле может измениться в 2024 году. Максимум солнечного цикла может произойти в 2024 году», — сказал Аптон. «Все это довольно стандартные, типичные механизмы. Солнце на самом деле неплохо себя чувствует в этом цикле».
В течение следующих нескольких лет солнечные пятна будут продолжать добавлять свой оставшийся магнетизм к пулу новых зарядов, растущих на полюсах Солнца, усиливая новое магнитное поле и воссоздавая дипольное состояние, которое в последний раз наблюдалось в 2019 году. На этот раз дипольное состояние возникнет на рубеже 2030-х годов. Примерно во время надира солнечной активности ученые также начнут предсказывать, что может произойти во время следующего солнечного цикла, пик которого приходится на середину 1930-х годов.
Но теперь ученые ждут, чтобы увидеть, как будет развиваться этот крайний разворот. «Всегда интересно наблюдать, как это будет развиваться, дважды такое не повторится», — сказал Хоксма.