Что происходит с Солнцем?

Астроном и популяризатор науки Сергей Язев отвечает на вопросы Алексея Кудря и читателей «Троицкого варианта — Наука». С чем связаны мощнейшие вспышки на Солнце за последнее время? Каково влияние Солнца на земные процессы, прежде всего на человеческое здоровье? Какова природа солнечных пятен? Чем спокойный солнечный ветер отличается от высокоскоростного? Можно ли построить точные прогнозы солнечной активности? И каковы перспективы изучения Солнца? Видеозапись беседы: youtu.be/VCaw-X9kXSw.

Сергей Арктурович Язев — докт. физ.-мат. наук, профессор Иркутского университета, ст. науч. сотр. Института солнечно-земной физики РАН, директор Астрономической обсерватории Иркутского государственного университета, продолжатель династии астрономов.

Неординарные вспышки в мае — июне

— Что сейчас происходит с Солнцем? Интернет пестрит сообщениями о солнечных вспышках и геомагнитных бурях. Массово публикуются фотографии с полярными сияниями из широт, где их отродясь не бывало…

— С одной стороны, можно сказать, что с Солнцем всё нормально, всё как обычно, а с другой — да, есть некоторые неожиданные моменты.

Сначала надо напомнить, что существует так называемый 11-летний цикл солнечной активности: количество солнечных пятен увеличивается, достигает некоего пика, а затем уменьшается. А вспышки на Солнце связаны именно с пятнами. Вспышки без пятен не бывают… Ну, если совсем точно говорить, то бывают, но только слабенькие, а крупные вспышки происходят только в активных областях, где есть крупные, сложные пятна на Солнце.

Надо оговориться, что 11-летний цикл на самом деле не совсем 11-летний: например, в XX веке ни один из циклов не соответствовал ровно 11 годам. Они были, как правило, меньше: 10,5 лет и т. д. А тот цикл, который закончился на рубеже 2008–2009 годов, напротив, продолжался более 12 лет.

Обычно получается, что в ходе одного цикла количество солнечных пятен в течение 3,5–4 лет нарастает, достигает некой стадии максимума, которая продолжается иногда около года, иногда, может быть, двух лет, и потом уровень активности постепенно начинает спадать до почти нулевого уровня.

Фаза максимума бывает разной. Возьмем, например, самый мощный из известных нам солнечных циклов (они условно нумеруются с 1755 года) — так называемый 19-й цикл. Его максимум был в 1957 году. Он был одновершинный, т. е. солнечная активность шла вверх и потом сразу вниз. А 24-й цикл, предыдущий по отношению к нынешнему, был двухвершинным: в 2012 году был максимум, потом число пятен вроде пошло на спад, и вдруг совершенно неожиданно солнечная активность снова начала нарастать, и в 2014 году наблюдался второй максимум, который оказался выше первого. Получается, что вся фаза такого двухвершинного максимума продолжалась около двух лет.

Сейчас мы находимся в фазе очередного максимума текущего 25-го цикла солнечной активности (рис. 1). Активность достаточно высокая, пятен и вспышек много. На первый взгляд можно сказать: ну и нормально, так и должно быть. Но теперь перейдем к тому, что нам кажется неожиданным. О «ненормальности» я говорить не буду, потому что, с моей точки зрения, в природе ничего аномального в принципе не бывает. Всё, что происходит, происходит по законам природы — просто сейчас сложились конкретные физические условия, влияющие на локальную ситуацию.

— В чем состоит неординарность?

— На протяжении мая и начала июня Солнце выдало редкое количество вспышек самого высокого класса. Дело в том, что солнечные вспышки по уровню рентгеновского излучения разделяются на три типа. Есть вспышки послабее — класса С; есть вспышки класса М — они сильнее в десять раз; и вспышки класса Х, которые еще на порядок мощнее. Так вот, только вспышек класса Х на протяжении мая — начало июня произошло 24 штуки. Надо заметить, что это очень много, потому что бывали годы, когда за весь 11-летний цикл вспышек Х случается порядка 20 штук. А тут 24 штуки почти за полтора месяца! Более того, мы наблюдали группу пятен, например AR13664, которая выдала 13 вспышек класса X. Причем 9 мая были, например, четыре вспышки класса X — такого на моей памяти вообще никогда не было. Я осторожно говорю: за последние лет пятьдесят, по крайней мере, ничего подобного не наблюдалось.

Надо отметить, что рентгеновский мониторинг солнечных вспышек ведется на постоянной основе с 1976 года американскими спутниками серии GOES: они начали и продолжают непрерывный мониторинг. О более раннем периоде достоверно говорить сложно.

Надо понимать, что каждая вспышка класса X — это фантастическое количество выделившейся энергии, реализуемой буквально за несколько десятков минут. Всем нынешним электростанциям Земли надо наработать десятки миллионов, а то и сотни миллионов лет (есть разные оценки), чтобы выработать ту энергию, которая выделяется во вспышке класса X на протяжении, допустим, 15 минут.

Поэтому, если мы видим, что в одной и той же группе пятен такие вспышки идут одна за другой с интервалом в несколько часов, четыре вспышки в течение суток (это максимум, который наблюдался 9 мая), то либо эта активная область запасла гигантское количество энергии в своих магнитных полях, либо есть канал, который постоянно подпитывает эту активную область дополнительными порциями энергии.

В определенном смысле действительно можно сказать, что это очень нечастая ситуация. Не каждый максимум цикла солнечной активности отличается подобными событиями.

— Насколько мне известно, та группа пятен, которая выдала огромное количество вспышек, еще и изрядный долгожитель. Это так?

— Собственно, это основная моя тема, я уже много лет пытаюсь анализировать такие долгоживущие активные области. Например, бывает ситуация, когда на поверхности Солнца возникла активная область, и эта группа пятен обычно разрушается через неделю, максимум — через две-три, но на том же самом месте возникает новая группа, и это может продолжаться в среднем три-четыре месяца, в редких случаях — до полутора лет. Такая структура на Солнце называется комплекс активности. Это значит, что можно подозревать, что есть некий канал, некие особые условия, благодаря которым именно на этом месте солнечной поверхности пятна возникают снова и снова. Но это отдельный сюжет.

Что касается нашей группы пятен, то вы совершенно правы — она была рекордной, причем не только по времени жизни, но и по площади. Есть условные единицы — миллионные доли полусферы. Так вот, площадь нашей группы достигала 2400 условных единиц. Чтобы понимать, о чем идет речь: обычно площадь одной крупной группы пятен 200–300 условных единиц и меньше, самые большие группы пятен за предыдущие пять лет — около 1000–1200 единиц, но это всего три-четыре штуки за весь текущий цикл. Количество таких больших групп пятен очень невелико.

Ну и понятно, что такая огромная группа пятен быстро исчезнуть не может. И действительно: Солнце повернулось, эта группа проплыла по диску светила, развиваясь и выдавая одну вспышку за другой, затем спряталась за западный лимб Солнца и через две недели снова появилась уже на восточном его краю (относительно Земли Солнце поворачивается за 27 с лишним суток). И представьте себе, вспышки там продолжались! Они были уже не так часты, но по крайней мере пять вспышек класса X та же самая группа снова дала. Я не могу представить себе ситуацию, чтобы Солнце специально «притормозило», и пока группа пятен была на обратной от Земли стороне, вспышки прекратились, а потом, когда она снова вылезла на видимую с Земли сторону, возобновились. Такого, я думаю, быть не может. Это значит, что к тем 13 вспышкам, которые мы наблюдали, надо добавить еще несколько вспышек, которые точно были на обратной стороне, — но мы, естественно, не могли их регистрировать.

Да, наша группа номер 13644 пятен долгоживущая, полный месяц мы ее наблюдали, но когда она уже второй раз уходила за западный лимб, то уже деградировала, разрушалась, ее площадь уменьшалась, магнитная структура становилась всё проще, поэтому, видимо, в третий раз она уже не появится на восточном лимбе Солнца. Но такое бывает, да, это как раз не самая редкая ситуация.

Влияние солнечной активности на земные процессы

— Недавно Борис Штерн отвечал на вопросы пользователей социальных сетей, и мы решили, что некоторые вопросы нужно переадресовать именно вам. Первый вопрос такой: «Связана ли солнечная активность с землетрясениями на Земле?» Сразу скажу, что вопрос задал житель Казахстана. У них недавно было сильное землетрясение, и были слухи, что есть некая зависимость одного явления от другого.

— Можно ответить так: если смотреть в нулевом приближении, очень грубо, — то нет, не влияет. Идея связи проявлений солнечной активности с землетрясениями очень стара. У меня даже когда-то студентка пыталась это проверить по статистике наших иркутских землетрясений. Я живу на берегу Байкала, и у нас тут случается около двух тысяч землетрясений в год, но, правда, в основном слабеньких, хотя бывают и сильные — я помню до семи баллов в Иркутске. Но статистика никакой корреляции с уровнем солнечной активности не выявляет. Может быть, если тщательнее смотреть, применять другие методы, то что-то удастся обнаружить, но в первом приближении — нет, такая зависимость не наблюдается. Землетрясения бывали на стадии и максимумов, и минимумов солнечной активности, и когда угодно, и пока что складывается впечатление, что это — процессы независимые.

— Продолжение вопроса: «И вообще, влияет ли солнечная активность на земные процессы в атмосфере, гидросфере, литосфере? Могут ли они вызвать какие-то природные аномалии, катаклизмы? Как это влияет на человека, его здоровье? Если да, то насколько это доказано?»

— Связаны ли процессы на Земле с тем, что происходит на Солнце? Да, связаны, но только здесь надо смотреть, что называется, очень-очень осторожно. Есть известная концепция, принадлежащая Александру Леонидовичу Чижевскому, думаю, все наши читатели про нее слышали. У него была крайняя точка зрения: Солнце влияет практически на всё. Его исследования, прежде всего в области статистики, показывали, что вроде бы — вроде бы! — 11-летняя цикличность проявляется в самых разных земных процессах, начиная от частоты штормов у нас на Байкале и кончая количеством гроз и эпидемий на территории Российской империи — по тем данным, которые тогда можно было достать. Говорилось о том, что дендрохронология демонстрирует нам влияние солнечной активности, поскольку ширина годичных колец в деревьях вроде бы тоже модулирована 11-летним циклом солнечной активности — ну и так далее. Был период, когда такая точка зрения преобладала, и очень многие люди считали, что так оно и есть. Вы, наверное, знаете, что работа Чижевского под названием «Физические факторы исторического процесса» даже связывали политические события, войны, крестовые походы, крестьянские восстания и т. д. с событиями на Солнце, — якобы во время максимумов циклов солнечной активности исторические катаклизмы происходят чаще.

Я должен сказать, что было выполнено огромное количество работ, посвященных тщательному исследованию этой гипотезы. И самое замечательное, что у кого-то доводы подтверждались, а у кого-то опровергались. Поэтому окончательный вывод делать сложно.

К работе Чижевского лично я, честно говоря, отношусь очень критически как раз прежде всего потому, что продолжительность одного солнечного цикла — не ровно одиннадцать лет; она то больше, то меньше, и если вы будете отсчитывать циклы ретроспективно, как это делал Чижевский, то собьетесь буквально через три-четыре цикла. Вы считаете, что это максимум цикла, а на самом деле это никакой не максимум, это может оказаться и минимум. Мы не знаем продолжительность циклов, какой она была, скажем, 400 или 600 лет назад. А у Чижевского всё было рассчитано за 2000 лет. Поэтому я считаю, что его работа очень интересна с точки зрения самой идеи, но методологически она выполнена с очень большими недочетами (мягко говоря), и, на мой взгляд, доверять этим данным просто нельзя.

Думаю, что тем, кто нас читает, гораздо интереснее узнать про кратковременные воздействия солнечной активности на уровне «вот вспышка на Солнце, которая сопровождалась мощным выбросом коронального вещества — как она повлияла на мое здоровье?». В русскоязычной литературе обычно пишут «корональный выброс массы», но это калька с англоязычного термина (coronal mass ejection). Я все-таки считаю вслед за коллегой Виталием Ишковым из ИЗМИРАНа, что надо говорить не о выбросе массы — по-русски это звучит нелепо, — а о выбросе коронального вещества.

Почему, кстати, коронального? Потому что эти выбросы формируются в солнечной короне, в верхних слоях солнечной атмосферы. И вот летит облако плазмы, долетает до Земли… На самом деле все эти выбросы летят, что называется, на кого бог пошлет: куда Солнце выстрелит — туда и попадет. И, конечно, бо́льшая часть этих выбросов пролетает мимо Земли — и хорошо. Но некоторые из них попадают в окрестности нашей планеты, взаимодействуя с ее магнитосферой, и тогда действительно все верхние оболочки Земли — магнитосфера, ионосфера, отчасти верхние слои атмосферы — подвергаются воздействию частиц, которые обладают высокими, иногда даже околосветовыми скоростями (так называемые солнечные космические лучи). И тогда магнитосфера Земли, если совсем грубо говорить, корежится, изгибается, меняет свою форму. Если вы посмотрите на компас, то стрелочка будет метаться, показывать в разные стороны — так, собственно, и открыли эти явления, которые потом были названы геомагнитными бурями. Их причиной являются, прежде всего, выбросы коронального вещества во время сильных солнечных вспышек. С этой точки зрения вся геофизика меняется у нас просто на глазах. И более того, бывает, что сама земная атмосфера во время повышенной солнечной активности немножко «вспухает», плотность увеличивается на тех высотах, где она была низкой, — и это, конечно, сильно влияет на живучесть низкоорбитальных спутников, что надо принимать во внимание.

— А если говорить о влиянии солнечной активности на здоровье и самочувствие?

— Да, я думаю, что этот вопрос вызовет наибольший интерес. Иногда человек говорит: «Ой, у меня болит голова… Наверное, магнитная буря… Ой, у меня сердце заболело и давление подскочило… Наверное, магнитная буря…»

Я рискну высказаться таким образом: вся имеющаяся статистика говорит о том, что на самом деле это всё не так — ну или почти не так. Люди у нас доверяют печатному слову, и если в газете или в Интернете пишут, что завтра, мол, будет магнитная буря и у всех будет болеть голова, то, конечно, читатели будут ощущать все возможные симптомы. Есть старинная фраза: если человеку больше сорока лет и у него ничего не болит, то он, наверное, уже умер. И вот человек начинает прислушиваться к себе там и сям, вспоминает о магнитной буре, и ему сразу становится понятно, почему всё болит.

Но опыт показывает, что когда мы сверяем солнечную активность с реальным самочувствием людей, корреляции практически нет. Тут надо прямо сказать, что прогнозировать магнитные бури мы умеем, я бы сказал, плохо, и очень часто бывает, что прогнозы ошибаются. Понимаете, какая штука? А люди уже настроились, что будет болеть голова. Серьезные исследования проводились в клинических условиях, когда есть возможность в течение дня много раз измерять давление пациента, брать анализ крови… Такие эксперименты проводились, но прямых свидетельств того, что магнитная буря сильно влияет на самочувствие, нет.

Более того, расскажу о собственном опыте (хотя, думаю, для многих это не будет веским доводом). Вечером 9 мая благодаря выбросам, которые были еще 8 мая, началась сильнейшая магнитная буря на Земле за последние, по-моему, семь лет. Уровень этой бури достиг индекса G5 — это экстремально мощная буря, наша классификация не идет выше. И 11 мая она постепенно стала угасать. Так вот: я 10 мая, в выходной день, еду, прошу прощения, к себе на дачу. Мне 66 лет, я копаю огород, солнце светит — и всё хорошо, я прекрасно себя чувствую. И потом я спрашивал людей, которые не знали про эту магнитную бурю: как вы вчера себя чувствовали? Студентов тоже спрашивал. Все говорят: нормально, как всегда, и только одна девочка сказала, что у нее болела голова.

В общем, я считаю, что не надо, как сейчас делают наши средства массовой информации, прицеплять к сообщению о любой геомагнитной буре стандартный абзац, в котором написано, что это может вылиться в недомогание, головную боль и т. д. У меня ощущение, что в большинстве случаев это неправда.

Я вполне допускаю, что кто-то из наших читателей будет глубоко возмущен: «Как же так? Ведь я чувствую!..» Здесь нужно сказать вот что. Все мы прекрасно знаем, что есть метеочувствительные люди. Это совершенно другое; человек, у которого начинает ломить кости, говорит: «Я думаю, что завтра будет гроза», — и гроза таки наступает. Я знаю таких людей, но есть и люди, которые ничего подобного не чувствуют от слова совсем. И это означает, что есть метеочувствительные люди, а есть метеонечувствительные люди. Так вот, я подозреваю… Внимание, это не научное утверждение, это гипотеза, которую надо подтверждать или опровергать! Я допускаю, что существуют и магниточувствительные люди, которым действительно становится хуже во время геомагнитной бури, во время резкого изменения напряженности магнитного поля Земли. Но подтверждений этой гипотезы я не вижу. Лично я таких людей не видел. У меня много знакомых, я со многими разговаривал, и я таких не знаю.

— Очень полезная информация, обязательно покажу маме.

— И последнее замечание по этому вопросу. Смотрите: ведь каждый из нас пережил десятки, а некоторые и сотни магнитных бурь. О большинстве из этих бурь никто из переживших их, наверное, даже не подозревал, во всяком случае, в те времена, когда о них не сообщалось. А на самом деле магнитные бури происходили, судя по всему, всегда. Во всяком случае, в нынешней конфигурации магнитного поля Земли так происходило, по-видимому, многие миллионы лет. И, в общем, нет сомнения, что биосфера Земли к этому давно приспособилась. И даже техносфера Земли не отстала. На заре космической эры из-за магнитных бурь происходили аварии в электронных системах, спутники выходили из строя… Но сейчас, опять-таки после недавней, мощнейшей за последние годы магнитной бури, Илон Маск отрапортовал, что все его спутники (а у него огромная группировка из более шести тысяч штук спутников) прекрасно пережили магнитную бурю. И я подозреваю, что если бы где-то произошла техногенная катастрофа, то, согласитесь, средства массовой информации об этом бы трубили очень громко. Нет, мы ничего подобного не слышали, а значит, техносфера, как и биосфера, тоже приспосабливается. Мы научились всё заземлять и экранировать как нужно.

Поэтому все ужасы, которые часто предрекают в связи с геомагнитными бурями, в известной степени являются преувеличением.

Но это не означает, что неприятности полностью исключены. Например, знаменитое «событие Кэррингтона» 1859 года, первая солнечная вспышка, которая наблюдалась в истории, сопровождалась совершенно чудовищной магнитной бурей, когда полярные сияния наблюдались фактически вплоть до экватора. Нынешняя магнитная буря — там, скажем, отклонение от среднего уровня было около 400 нанотесла, а кэррингтоновское событие, по косвенным данным, было втрое мощнее, хотя никто не знает точно. Но, по счастью, мы видим, что с тех пор такого не происходило.

Тезаурус: солнечный ветер, солнечная корона и солнечное пятно

— Также люди спрашивали про механизм образования солнечного ветра…

— Солнце действительно является источником потока частиц. В атмосфере Солнца содержатся прежде всего ядра атомов водорода и гелия — протоны и так называемые альфа-частицы. Они свободно текут во все стороны, и это называется спокойным солнечным ветром. Почему он образуется? Потому что в короне Солнца температура чрезвычайно высока, если применять вообще термин «температура» для такой маленькой плотности вещества. Тогда можно говорить, что температура там достигает нескольких миллионов градусов.

Дело в том, что температура — это мера скорости частиц. Там, конечно, частиц много, но они носятся с гигантскими скоростями далеко друг от друга. И если просто формально прикинуть их скорости, то у нас тогда получается, что это соответствует миллионам градусов. Ну и понятно, что если частицы летают с такими скоростями, то это позволяет преодолевать гравитационное притяжение Солнца и свободно от него убегать. Это как бы динамическое продолжение короны Солнца. Кстати, частицы убегают и от Земли: в верхних слоях атмосферы, где легкие частицы — водород — атомы водорода или, скажем, ионы водорода. Если они движутся достаточно быстро, то могут покинуть окрестности Земли и тоже убежать.

Но есть и высокоскоростной солнечный ветер. В 1970-е годы на Солнце были обнаружены очень интересные области, которые называются корональные дыры. Журналисты иногда называют их «коронарными», но «коронарные» — это к медикам, а если мы говорим о Солнце, то дыры корональные. Они были открыты во время миссии американской орбитальной станции Skylab, когда на блоке астрономических приборов, нацеленных на Солнце, — специальных телескопов, работающих в ультрафиолетовом диапазоне, — были обнаружены темные области огромных размеров в короне Солнца. Их назвали корональными дырами, и сейчас мы знаем, что это области открытого магнитного потока.

Почти вся поверхность Солнца покрыта замкнутыми линиями магнитного поля — такой ковер из магнитных линий, — но есть области, где в этом ковре зияют отверстия, и магнитные линии уходят очень далеко от Солнца, в межпланетное пространство. А заряженные частицы плазмы движутся прежде всего вдоль магнитного поля, и это значит, что вещество свободно утекает. Собственно, почему эти области темные? Потому что там меньше светящегося вещества в короне, оттуда постоянно уходит вещество.

Еще до обнаружения корональных дыр ученые видели, что к Земле прибывают потоки скоростного солнечного ветра, который почти в два раза быстрее движется по сравнению со спокойным солнечным ветром. Спокойный солнечный ветер — это 300–400 км/с, а тут 700–800 км/с. В научной литературе области, откуда приходят эти частицы, назывались М-областями. Ну а когда увидели корональные дыры, стало ясно, что это отсюда утекает поток частиц, который ускоряется магнитным полем.

Вот, если совсем на пальцах говорить, причины образования спокойного и высокоскоростного солнечного ветра.

— Кстати, в продолжение этого вопроса… Одна девушка интересовалась: почему солнечная корона намного горячее поверхности Солнца?

— Вначале уточним: где солнечная корона кончается? Просто есть люди, которые считают, что она не кончается нигде, плотность вещества постепенно падает по мере удаления от Солнца, но она нигде не ноль, т. е., в принципе, можно сказать, что и Земля находится внутри солнечной короны. Ну, конечно, так никто всерьез не думает. Считается, что корона — это несколько радиусов Солнца, так будем говорить осторожно, или десятки радиусов Солнца — дальше все-таки плотность вещества уже гораздо меньше. Так вот, почему верхняя корона очень горячая? Я уже упоминал, что она нагрета до миллионов градусов (если в данном случае можно говорить о температуре), а поверхность Солнца, которую мы видим в телескопы, гораздо «холоднее» — примерно 6 000 градусов. В чем дело, что греет корону? Самое замечательное, что окончательного ответа до сих пор нет. Но, разумеется, есть разные версии. Прежде всего предполагается, что конвективные потоки внутри Солнца не заканчиваются на поверхности звезды — на ее фотосфере, т. е. это движение наружу продолжается дальше, там распространяются магнитогидродинамические волны, которые при низкой плотности порождают ударные волны в короне, и эти волны как раз и греют корону, разгоняя частицы до сумасшедших скоростей, и они там носятся, разгоняясь вдоль направления магнитного поля в короне.

Кстати, совсем недавно у нас в Сибири вошел в строй новый, по сути говоря, прибор — очень глубокая модернизация старого — Сибирский радиогелиограф. Раньше было 256 антенн, сейчас уже 528 антенн. Первая особенность нового прибора в том, что он работает на разных частотах. Изначальный прибор работал на одной частоте в сантиметровом диапазоне, а сейчас частот целый набор, и поэтому мы в радиодиапазоне теперь видим как бы срезы короны на разных уровнях, получается своеобразная «томография». Ну и сразу же вышла статья¹ наших авторов из иркутского Института солнечно-земной физики. Аркадий Уралов, Виктор Гречнев, Сергей Лесовой и Марина Глоба посмотрели, как ведет себя в короне взлетающий протуберанец. По новым данным можно было сделать оценки, что там выделяется омическое тепло. Мы все изучали в школе, что из-за тока в электрической схеме выделяется тепло в резисторе — вот что-то подобное может происходить и в короне. Новая версия, безусловно, требует подтверждений, но и такая новая точка зрения появилась.

Я хочу напомнить еще одну вещь: европейский космический аппарат Solar Orbiter, запущенный на орбиту вокруг Солнца, в 2020 году обнаружил новые объекты на Солнце, которые раньше не были известны, в переводе на русский язык они называются кострами (solar campfires). Это очень небольшие, компактные образования, но температура их оценивается тоже как очень высокая — до миллионов градусов. Они маленькие, но их много. Сейчас возникла идея, что, может быть, эти «костры» тоже могут подогревать корону.

Окончательного ответа на этот вопрос нет, но тем и интереснее, надо продолжать исследования.

— Кроме того, читатели интересуются: «Что такое солнечное пятно? Какова природа этого явления?»

— Солнечное пятно — это область очень сильных магнитных полей. Например, в той группе пятен, которую мы наблюдали совсем недавно, в мае, напряженность, или индукция магнитного поля достигала, наверное, 2–3 тыс. гаусс — это много, и такое бывает редко. Вообще, средняя напряженность в солнечных пятнах — примерно 1–2 тыс. гаусс. Почему так происходит?

Вспомним замкнутые магнитные линии из учебника физики. А теперь представим себе, что некие процессы привели к тому, что образовался жгут магнитного поля, который обладает магнитной плавучестью в конвективной зоне Солнца. Если этот «жгут» образовался в недрах Солнца, то чем сильнее в нем магнитное поле, тем мощнее силы, которые выталкивают его на поверхность. И вот он всплывает, и срез этого «жгута» магнитного поля мы видим как солнечное пятно (рис. 2). Как правило, получается, что всплывает арка магнитного поля, и простейшие группы включают два пятна: головное и хвостовое — основания этой арки (рис. 3). Но магнитное поле подавляет конвекцию. Это значит, что поток вещества, всплывающий снизу, здесь замедляется, и в результате получается, что внутри этих пятен температура становится меньше, чем вокруг. На поверхности Солнца, в фотосфере температура примерно 5800–6000 °C, но там, внутри пятна, на тысячу — полторы тысячи градусов меньше. По контрасту эти области выглядят более темными по сравнению с солнечной поверхностью. Они, конечно, не темные, они светят очень ярко, но окружающий фон светит еще ярче, поэтому они выглядят темнее. Это мы и видим. Ну и понятно, что этот магнитный «жгут» существует не вечно: он постепенно выдувается больше, становится выше, и от него могут «отплетаться», отматываться магнитные трубки, из которых он состоит. Постепенно магнитная энергия, которая в этом «жгуте» содержится, релаксирует, расплывается, и пятно через какое-то время исчезает. Вернее сказать, не пятно, а группа пятен — очень редко бывает, чтобы пятно было одно в группе. Я не знаю, насколько то, о чем я рассказал, понятно, но я старался говорить на самом простом языке.

Прогнозы солнечной активности

— Был еще такой вопрос. Возможно ли построить полную и подробную модель солнечной активности или это пока нереально? Насколько современной науке понятна динамика циклов солнечной активности и возможно ли долгосрочное прогнозирование этих процессов?

— Вопрос очень непростой. Опять-таки, если в нулевом приближении говорить, я боюсь, что в ближайшее время это сделать невозможно. Лишь, что называется, самыми крупными мазками. На сегодняшний день действительно существует стандартная модель, и мы в целом неплохо представляем себе, почему реализуется феномен солнечной активности. Это так называемая модернизированная модель Бэбкоков (Babcock model), названная в честь двух американских астрономов, отца и сына. Они выдвинули теорию так называемого солнечного динамо. В недрах Солнца работают два фактора. Во-первых, дифференциальное вращение Солнца. На экваторе оно вращается быстрее, чем на полюсах. Если мы, допустим, прорисуем меридиан или проложим магнитную силовую линию по меридиану, то она будет изгибаться, трансформироваться, на экваторе будет уходить вправо, если смотреть с Земли, а полярные области будут отставать (рис. 4). Во-вторых, там работает конвекция: то есть всплывает горячее вещество, остывает, теряет температуру за счет излучения, опускается. Там возникают конвективные ячейки. В-третьих, внутри Солнца — электропроводящая среда: температура высокая, атомы превратились в ионы (электроны отдельно, ионы отдельно, т. е. это плазма). И там движение заряженных частиц (ток) порождает магнитное поле. Взаимодействие магнитных полей с дифференциальным вращением как раз приводит к 11-летней цикличности Солнечной активности, по сути, магнитной активности. Если бы Солнце вращалось с другими скоростями или было бы других размеров, то цикл был бы не 11-летний. Грубо мы понимаем, что происходит внутри Солнца, и сейчас теория построена с учетом очень многих параметров, и всё больше и больше факторов учитывается при расчетах таких моделей.

Но я должен сказать, что эта модель в целом достаточно груба. Она воспроизводит цикличность солнечной активности, но не может описать тонкие детали. Скажем, прогнозировать возникновение конкретной группы пятен (допустим, 30 июня в 17 часов на Солнце должна всплыть очередная активная область) мы не умеем. И даже если группа пятен уже наблюдается, не всегда можно сказать, будет ли там сильная вспышка. Я наблюдал Солнце в телескоп на протяжении 18 лет своей жизни, видел множество солнечных вспышек, и я уже смотрю — и понимаю, что может быть вспышка в течение ближайших получаса или часа. Но ее может и не быть! Существуют алгоритмы, которые выделяют целый набор прогностических признаков. Некоторые работают достаточно уверенно, например классификация групп пятен. Скажем, классификация той самой группы пятен, которая выдала множество вспышек в мае, указывала на то, что эта группа вспышечноопасна, способна выдать очень мощные вспышки. Но ни один специалист в мире не смог бы сказать, выдаст она три вспышки или четырнадцать вспышек, будут они через несколько часов или через несколько дней. На сегодняшний день это невозможно просчитать. К этому надо стремиться, но пока мы не умеем это делать.

Даже тонкую структуру цикла мы пока не можем предсказать. Я уже говорил о том, что в предыдущем цикле после первого максимума в 2012 году неожиданно появился новый максимум в 2014-м. Более того, первый максимум дали пятна в северном полушарии Солнца, а второй максимум порожден пятнами в южном полушарии. Этого тоже никто не смог предсказать. Если мы задним числом сейчас посмотрим на работы выдающихся исследователей Солнца, которые прогнозировали, как должен выглядеть минувший 24-й цикл солнечной активности, то там мы увидим громадное различие в оценках — буквально в два раза и больше, — какова высота цикла, сколько будет пятен в максимуме цикла. Это не значит, что специалисты плохие — нет, специалисты очень хорошие. Но, к сожалению, я должен сказать, что сейчас мы находимся на таком этапе, когда некоторых вещей мы по-прежнему не знаем, и нам нужны новые данные, новые приборы, которые с большей тщательностью, с большей разрешающей способностью могли бы фиксировать то, что происходит на Солнце. Ну и более того: надо помнить, что солнечная активность порождается процессами не на поверхности, а внутри Солнца. Мы только недавно получили метод так называемой гелиосейсмологии, когда по колебаниям поверхности Солнца (как и в геосейсмологии) можем судить о том, с какими скоростями распространяются волны внутри Солнца и каковы свойства среды, в которой они распространяются. Тогда о недрах Солнца мы стали знать немного больше, но исследования надо, конечно, продолжать.

Поэтому итоговый ответ таков: предстоит еще работать и работать, чтобы выйти на адекватный уровень понимания того, что происходит, и на нормальный уровень прогнозирования, чтобы прогнозы гораздо лучше совпадали с реальностью.

— Прогнозы вообще дело неблагодарное…

— Ну да, это всегда дело неблагодарное в любой сфере — хоть в физике, хоть в геофизике, хоть в астрономии, хоть в социальных науках… Все-таки погодные условия мы научились предсказывать, я считаю, неплохо, но ведь на Земле мы всё видим. Спутники фиксируют распространение облачных фронтов, мы фиксируем перепады давления, температуры, влажности и т. д. А с Солнцем всё гораздо сложнее. Мы видим многое, но многое остается от нас скрыто.

Планета Х

— Если перейти от Солнца к Солнечной системе… Одна девушка очень переживает за то, вручат ли Константину Батыгину с Майклом Брауном Нобелевскую премию за открытие девятой планеты. Как вы считаете?

— Во-первых, я должен оговориться, что профессионально этими вещами никогда не занимался. У меня нет ни одной научной работы по этой теме. Есть, правда, учебники, но учебники — это немножко другое дело…

Несколько лет тому назад действительно был большой оптимизм. Браун и Батыгин отметили, что в поясе Койпера и даже дальше открыто несколько объектов, которые двигаются по вытянутым траекториям, но эти орбиты почему-то сходятся своеобразным пучком. Возникла гипотеза: само существование этого пучка орбит может косвенно указывать на то, что существует некая массивная планета, которая развернула остальные орбиты так, чтобы они все были сориентированы в противоположном направлении (рис. 5).

Эта идея, принадлежавшая Брауну и Батыгину, очень интересна, и, более того, они даже рассчитали, какой массы должна быть эта планета и примерно какая орбита у нее. Все тогда очень воодушевились, и даже огромный японский телескоп Subaru, который находится на Гавайских островах по договоренности с США, начал просматривать тот сектор пространства, то направление на небе, где по оценкам Брауна и Батыгина может находиться эта пока еще неизвестная девятая планета.

Но прошло уже несколько лет, и с тех пор астрономы открыли множество новых объектов на эллиптических орбитах в поясе Койпера. И как-то так получилось, что начальный пучок орбит начал постепенно рассыпаться, потому что новые орбиты обнаруживаются практически во всех направлениях. Распределение этих направлений становится всё более изотропным, и это означает, что главное основание для того, чтобы предполагать, что эта девятая планета существует, как-то понемногу начинает рассыпаться и будет становиться всё менее и менее убедительным. Поэтому я бы сказал, что оптимизм сейчас сменился скорее на умеренный пессимизм.

Но я все-таки хочу добавить, что современная космогония (теория, которая рассматривает, как возникала и эволюционировала наша Солнечная система) основана на численных расчетах на суперкомпьютерах и допускает очень интересную вещь. Возможно, наша Солнечная система обладала необычной или на редкость большой изначальной массой газопылевой материи, и там вещества хватило на целый набор планет-гигантов. В большинстве открытых человечеством планетных систем обычно присутствует всего одна планета-гигант. В Солнечной системе мы знаем четыре гиганта: Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун. Вполне возможно, что их было еще больше — пять или шесть. И вот сложная «миграция» этих планет, согласно современным расчетам, могла привести к тому, что Юпитер и Сатурн стали постепенно сдвигаться к Солнцу, а потом начали смещаться в обратном направлении. В ходе этих сложных процессов вполне могло оказаться, что пятый или шестой гигант были выброшены из внутренних частей Солнечной системы либо на очень вытянутые эллиптические орбиты с периодами в десятки, а может быть, даже сотни тысяч лет, либо вообще покинули нашу систему. Поэтому новая космогония допускает существование в Солнечной системе еще какой-то достаточно крупной планеты, которая, может быть, движется по эллиптической орбите, но находится очень далеко от Солнца.

В отличие от модели, которую предлагали Браун и Батыгин, тут мы совершенно не можем сказать, куда надо смотреть. Браун и Батыгин говорили, что сектор, который надо просмотреть, довольно большой, но, по крайней мере, ясно, как направлен этот сектор. А тут планеты могут быть и безумно далеко, и в произвольном направлении, поэтому шансы что-то найти крайне низки. А если планета очень далека, она, безусловно, темная, т. е. ее надо искать, скорее всего, в инфракрасном или миллиметровом диапазонах… В общем, это пока очень сложно, и шансов, с моей точки зрения, не очень много.

Поэтому, боюсь, что Нобелевская премия за открытие девятой планеты смещается вправо, а может быть, и на бесконечный ряд вправо.

— Кстати, отмечу, что на YouTube-канале у Сергея Арктуровича есть замечательная лекция, где он как раз рассказывает про модель Ниццы² — сценарий динамического развития Солнечной системы. Я ее смотрел, мне очень понравилась. Очень хорошая лекция.

— И большое вам спасибо, потому что ролик для этой лекции делали вы.

— Спасибо. Да, было дело, приложил руку.

Визит в Монголию

— И последний вопрос… Знаю, что недавно вы вернулись из Монголии. Какая была цель поездки? Что интересного происходило там?

— Ну, на самом деле там всё было интересно. Мы ездили к нашим коллегам и давним друзьям в замечательный Институт астрономии и геофизики Монгольской академии наук в Улан-Баторе. При этом институте существует Астропарк, который включает в себя планетарий и музей, посвященный главным образом космонавтике и первому монгольскому космонавту Жугдэрдэмидийну Гуррагче, сейчас ему 76 лет. Так вот, во-первых, как раз исполнилось десять лет Астропарку, а во-вторых, там к юбилею ввели в строй новое оборудование планетария — его оснастили проекторами и можно показывать не только звездное небо, но и полнокупольные фильмы. Поэтому собралась делегация от российских планетариев, которую возглавлял руководитель Ассоциации планетариев России Андрей Владимирович Лобанов, ну и мы от Иркутского планетария тоже присоединились к делегации. Там были представители российского посольства, были и коллеги-сотрудники планетария из Южной Кореи. В общем, было очень интересно. Подписали соглашение о сотрудничестве Улан-Баторского планетария с Ассоциацией планетариев России. Я буду выступать в роли своеобразного представителя, потому что мы тут близко: от Иркутска до Улан-Батора не очень далеко. Мы ездили на автомобиле. Ну и, конечно, мы о многом поговорили.

Кроме того, гостем Астропарка был знаменитый космонавт Владимир Александрович Джанибеков (рис. 6), который летал в космос пятикратно, был командиром космического корабля, бортинженером которого был Гуррагча. Они снова встретились во время нашей поездки. Не буду скрывать, что Джанибеков привез с собой из Москвы желтую морковь, потому что в Монголии ее очень трудно найти, а желтая морковь нужна была Джанибекову, чтобы изготовить плов по собственному рецепту. И поэтому я очень горжусь тем, что отношусь к немногочисленному сообществу тех людей на планете Земля, которые ели плов от Джанибекова.

Мы подарили монгольским коллегам снимок Улан-Батора, сделанный из космоса нашим хорошим другом, российским космонавтом Иваном Викторовичем Вагнером с борта МКС, — подготовили картинку 100×70 см, и теперь эта картинка будет висеть в Институте астрономии и геофизики МАН.

Вот такая была монгольская экспедиция. Отчет закончен.

— Замечательно. Можно только позавидовать такой поездке, да и плов от генерала — это здорово.

— Плов от двух генералов, потому что Гуррагча тоже генерал.

«Напутствие» руководству Роскосмоса

— Сергей Арктурович, ну у меня пока вопросы кончились. О чем я забыл вас спросить? Свободный микрофон на вольную тему.

— Наверное, я вот о чем скажу. Опыт последних недель весны и начала лета 2024 года показал, что прогнозы геомагнитных бурь, которые основаны на наблюдениях корональных выбросов вещества во время мощнейших вспышек, оказались, прямо скажем, далекими от идеальных. Неоднократно предсказывалось, что будет магнитная буря, но ее не было. Предсказывалось, что будет магнитная буря тогда-то: она была, но в другое время. Предсказывалось, что магнитная буря будет такого-то уровня: она была, но уровня другого. То есть, если мы оценим точность этих прогнозов, боюсь, этот показатель окажется низким. Мы видим, вот она, вспышка, вот от нее пошел корональный выброс, но я обращаю внимание на следующее: корональные выбросы видны на сегодняшний день с одного-единственного старого, доброго, надежного американо-европейского аппарата под названием SOHO, работающего с 1990-х годов. Там стояли три коронографа, один умер уже достаточно давно, два продолжают работать. И вот только с его помощью мы видим, как вылетают из Солнца эти самые корональные выбросы. Когда вокруг Солнца возникает кольцо, которое постепенно расширяется, мы понимаем, что выброс летит прямо к нам. А если вспышки не было, то может оказаться, что всё наоборот: выброс летит прямо от нас, и сложно разделить эти случаи. Теперь, когда мы видим с помощью коронографа выброс сбоку, как он расширяется и летит в сторону от Солнца, даже в этом случае мы не можем точно определить направление его полета. Я считаю, что всё это, наверное, одна из главных причин, почему прогнозы человечества далеки от идеала. Нам не хватает данных, коронографа возле Земли недостаточно.

Представьте себе, что космический аппарат SOHO выйдет из строя (не дай бог, пусть он еще поработает подольше). И всё — корональные выбросы мы видеть не будем, и это означает, что качество прогнозов упадет до самого низкого уровня. То есть мы будем видеть вспышку и по косвенным данным будем говорить: да выброс, может быть, был, а может, и не было. А вот с какой скоростью он летит, какая там плотность и какие у него форма и размеры, заденет ли он Землю — по этому поводу мы ничего сказать не сможем, и это, безусловно, очень плохо. Это означает, что, во-первых, если уж заниматься этими вещами, то, безусловно, надо часть денег, которые выделяются на науку, все-таки тратить на Солнце. И, с моей точки зрения, надо выводить на орбиту аппарат, чтобы он летел впереди Земли, например на 60° — это стабильная точка, точка Лагранжа, — а еще интереснее было бы позади Земли. Тогда бы этот аппарат заглядывал на восточную часть Солнца, и мы бы отслеживали то, чего еще с Земли не видно: как группа пятен приближается к восточному лимбу, наблюдаемому с Земли, и можно было бы заранее говорить о каких-то вещах. А главное, что если мы, допустим, будем наблюдать с трех точек, как движется корональный выброс, то тогда можно будет с гораздо более высокой точностью оценить и направление его полета, и его плотность, и размеры, и скорость движения, и с более высокой точностью прогнозировать, попадет ли он в Землю, а если попадет, то когда и к чему это может привести.

И, безусловно, нужен спутник, который находился бы с противоположной стороны от Солнца, который позволял бы «солнечникам» наблюдать пятна непрерывно. Ведь мы видим только половину солнечного шара: светило повернулось — и что там было на обратной к нам стороне, мы не знаем. Поэтому, смотря на все наши данные о Солнце, надо всегда иметь в виду, что половину времени мы не видим конкретную активную область. В США эту проблему пытались решить, когда запускали два космических аппарата STEREO-A и STEREO-B. Получалось, что вокруг Солнца летали Земля, STEREO-A и STEREO-B, находясь в вершинах равностороннего треугольника, и наблюдали Солнце с трех направлений. Я до сих пор не понимаю, почему там не поставили определенные приборы: там просто не наблюдали Солнце в белом свете, чтобы видеть, как пятна развиваются. Мы кроме того не видели магнитные поля на обратной стороне Солнца. Сейчас этот проект давно закончен. Один аппарат еще работает, но его «снесло» по орбите, и обратную сторону Солнца мы сейчас не видим.

Конечно, очень интересно лететь, скажем, на Марс. Мы видим, как сейчас Соединенные Штаты Америки, отчасти, чтобы обогнать Китай, объявляют конкурсы, предлагают нескольким компаниям организовать доставку грунта с Марса подешевле. Есть и другие очень интересные проекты, за которыми увлекательно следить.

Но, с моей точки зрения, для нас важно и нужно следить за солнечной активностью непрерывно: не только на стороне Солнца, которая повернута к Земле, но и на обратной стороне. Следить за корональными выбросами, следить за конфигурацией вспышки… Одно дело, когда вспышку мы видим на диске Солнца, а другое — когда видим ее на краю. Но мы никогда не видим их одновременно с разных точек, чтобы корректно построить трехмерную картину. А это очень важно было бы сделать. Я не знаю, кто это сможет осуществить. Я слышал, что вроде бы есть такие проекты после 2030 года — чтобы запустить космический аппарат, который будет лететь за Землей в 60° сзади по орбите. Но опять-таки Россия, к сожалению, в этих проектах не участвует. Я считаю, что надо было бы в первую очередь заняться вот этими делами.

— Можно сказать, это напутствие руководству Роскосмоса…

— Ну да, и Академии наук, и Роскосмосу… У меня было такое ощущение, что Солнце перестало быть, что называется, модным, а ведь мода в науке, как ни странно, тоже важная вещь. Все кинулись наблюдать за черными дырами, а Солнце вроде бы рядом, мы его уже сотни лет изучаем, — казалось бы, что там может быть нового и интересного?.. Это не то, чтобы напутствие. Просто хочется привлечь внимание и Академии наук, и коллег по исследованиям Солнца, и проектировщиков космических миссий к этой проблеме.

— Прекрасно! Большое спасибо за интересную беседу! Узнал для себя много нового. Надеюсь, что наши зрители и читатели получили ответы на свои вопросы и открыли для себя что-то интересное о ближайшей к нам звезде.

— Будем надеяться.

¹ Uralov A. M., Grechnev V. V., Lesovoi S. V., Globa M. V. Plasma Heating in an Erupting Prominence Detected from Microwave Observations with the Siberian Radioheliograph // Solar Phys. 2023, Volume 298, Issue 10. 117. DOI: 10.1007/s11207-023-02210-w

² youtube.com/watch?v=7vBsnUUeDho