Вспышки на Солнце могут угрожать спутникам и электрическим сетям, подчёркивая необходимость улучшения прогнозов.
В 2019 году, когда Солнце приблизилось к минимуму в своём 11-летнем цикле магнитной активности, дюжина учёных собралась для традиционного упражнения: прогнозирования следующего пика. Теперь, спустя несколько лет после возрождения Солнца, становится ясно, что официальный прогноз группы экспертов, созванной NASA, Национальным управлением океанических и атмосферных исследований (NOAA) и Международной службой космической среды (ISES), не оправдал ожиданий. Активность Солнца уже превзошла прогноз, достигнув уровня, не наблюдавшегося за 20 лет, а солнечный максимум может наступить в следующем году, на несколько месяцев раньше предполагаемого графика. «Очевидно, комиссия недооценила это», — говорит Илья Усоскин (Ilya Usoskin), физик из Университета Оулу.
Это несоответствие подчёркивает необходимость более качественных наблюдений за Солнцем. Это также может указывать на неизвестные факторы, влияющие на бурлящую динамо-машину из ионизированного газа, порождающую магнитное поле Солнца. «Мне хотелось бы думать, что мы добились прогресса в понимании динамо-машины, но ещё есть над чем поработать», — говорит Марк Миш (Mark Miesch), физик солнечной энергии из Университета Колорадо в Боулдере.
Ставки высоки. В период пиковой активности Солнце чаще высвобождает бури частиц, которые врезаются в Землю, угрожая спутникам, блокируя радиопередачи и перегружая электросети. Поскольку предыдущий цикл был необычайно мягким, «мы погрузились в ложное чувство самоуспокоенности», — говорит Тамита Сков (Tamitha Skov), гелиофизик из Миллерсвиллского университета.
Учёные обычно отслеживают солнечные циклы, подсчитывая солнечные пятна — вспышки активности, вызванные узлами петель магнитного поля. Число солнечных пятен увеличивается в течение солнечного цикла, а затем падает почти до нуля по мере того, как магнитная активность спадает. Когда группа прогнозов NASA-NOAA-ISES встретилась в 2019 году, она проанализировала около 60 различных прогнозных моделей, каждая из которых предлагала оценку пикового числа солнечных пятен и времени их появления.
Некоторые модели являются чисто статистическими и делают прогнозы на основе многовековых наблюдений солнечных пятен. Другие полагаются на наблюдаемые «предвестники», которые, как считается, коррелируют с солнечным циклом, такие как сила магнитного поля на полюсах Солнца в солнечный минимум. По мере развития цикла это «зародышевое поле» становится более мощным, поскольку его силовые линии сворачиваются в форму пончика из-за вращения Солнца – на экваторе быстрее, чем на полюсах. Третья категория опирается на передовые компьютерные модели, которые работают как модели климата: они поглощают как можно больше наблюдаемых данных, а затем используют законы физики для моделирования динамо Солнца и смещения магнитных полей.
После недели обсуждения достоинств различных подходов группа проголосовала и пришла к единому мнению: ежемесячное число солнечных пятен достигнет пика примерно на уровне 115, где-то около июля 2025 года, что делает этот цикл относительно слабым, во многом похожим на предыдущий. Но Солнце уже проснулось быстрее и ведёт себя более агрессивно, чем ожидалось. В июле на нём было 159 солнечных пятен, а в августе — 115.
«А мы всё правильно поняли? Нет», — говорит Лиза Аптон (Lisa Upton), физик из Юго-Западного исследовательского института, которая была сопредседателем группы. «Но, учитывая уровень неопределённости, связанный с тем, что мы пытаемся здесь сделать, на самом деле это довольно хороший прогноз».
Аптон считает, что одной из причин, по которой предсказание группы не оправдалось, является качество и долговечность наблюдений, которые питают и управляют моделями предшественников и динамо, и, что наиболее важно, силой полярного магнитного поля. Эти значения получены в основном из Солнечной обсерватории Уилкокса, которая может видеть отпечаток полярного поля в спектре солнечного света. Но телескоп имеет относительно низкое разрешение и ограниченный обзор. Концепции миссий NASA, такие как Firefly и Solaris, позволят отправить космический корабль ближе к Солнцу, чтобы напрямую исследовать его полярные поля, но они всё ещё находятся на стадии разработки.
Другие исследователи подозревают более глубокую загвоздку. Взаимосвязь между полярными магнитными полями и последующей солнечной активностью основана на измерениях, охватывающих всего несколько десятилетий, и, возможно, здесь действуют и другие факторы. Подсказки приходят из наблюдений Скотта Макинтоша (Scott McIntosh), физика Солнца и заместителя директора Национального центра атмосферных исследований.

Повышенный пульс  Предстоящий цикл Солнца будет сильнее предыдущего. Прогнозы также не уточнили, насколько быстро приближается солнечный максимум.

В течение двух десятилетий он и его коллеги наблюдали миллионы «ярких точек» на изображениях Солнца в крайнем ультрафиолете, которые, по их мнению, отслеживают полосы магнитного поля, перемещающиеся под «кожей» Солнца. Яркие точки, кажется, следуют схеме двух солнечных циклов: скопления обычно появляются в средних широтах в начале первого солнечного цикла. Затем они мигрируют к экватору, когда солнечная активность достигает пика, падает и снова достигает пика. В конце второго цикла точки внезапно исчезают, что исследователи называют «событием терминатора». Сразу после этого события яркие точки вновь появляются в средних широтах и начинают цикл заново.
Макинтош считает, что модель двойного цикла означает, что основные полосы поля последующих циклов должны взаимодействовать – иногда конструктивно, что приводит к увеличению солнечной активности. И он считает, что время последовательных событий терминатора можно использовать для прогнозирования этого вмешательства, а также высоты и времени следующего солнечного максимума. Обнаружив последнее событие-терминатор в декабре 2021 года, он и его коллеги предсказали, что число солнечных пятен этого цикла достигнет пика примерно в 184 где-то в начале 2024 года.
«Это захватывающая закономерность, которая бросает вызов теории динамо», — говорит Миш. Дибьенду Нанди (Dibyendu Nandi), астрофизик из Индийского института научного образования и исследований в Калькутте, который работал над моделями динамо, использованными в групповом прогнозе 2019 года, не верит в предсказательную силу событий-терминаторов. Однако он по-прежнему считает, что яркие моменты могут быть важным сигналом. «Я думаю, они что-то задумали», — говорит он.
Моделирование динамо прошло долгий путь за последнее десятилетие и теперь довольно хорошо предсказывает полярные «семенные» поля, говорит Нанди. Если общая солнечная активность продолжит расти далеко за пределы прогнозов, учёным, возможно, придётся пересмотреть, действительно ли полярные поля являются единственной движущей силой солнечного цикла, рассуждает он. Возможно, как показывают наблюдения Макинтоша, взаимодействие сохраняющихся магнитных полей внутри Солнца оставит след в следующем цикле. Вполне возможно, что Нанди сейчас исследует свои модели.
«Если и есть что-то определённое в этой области прогнозирования, — говорит Нанди, — так это то, что мы всегда должны быть готовы к тому, что окажемся неправыми, и мы вернёмся к нашим чертёжным доскам».

 

Ссылка: https://www.science.org/content/article/peak-solar-activity-arriving-sooner-expected-reaching-levels-not-seen-20-years