11-летний цикл солнечной активности отличается дополнительно следующими важными закономерностями. Уже неоднократно упоминавшийся Ричард Христофор Кэррингтон обнаружил, что самые первые группы пятен нового солнечного цикла появляются на высоких широтах, далеко от экватора! Одна из самых высокоширотных групп наблюдалась на широте 44 градуса, – но это редкая экзотика. Развиваясь первоначально на широтах около 30 градусов, становясь все более многочисленными по мере роста солнечного цикла, пятна в среднем начинают появляться на все более низких широтах. В период максимума цикла средняя широта групп пятен оказывается близкой к 16 градусам. Напомним, что скорость вращения на этой широте соответствует, судя по всему, скорости твердотельного вращения глубинных слоев Солнца. К фазе минимума последние пятна возникают совсем близко к экватору – на широтах около 5 градусов. В фазе минимума новые пятна очередного солнечного цикла возникают снова на высоких широтах!
Широтный дрейф в течение 11-летнего цикла детально исследовал немецкий астроном Густав Шперер (1822–1896). Небольшая обсерватория содержалась за счет немецкого правительства, а телескоп с 13-сантиметровым объективом, на котором наблюдал Шперер, был подарен ему лично кронпринцем Фридрихом. Шперер подробно изучил обнаруженный Кэррингтоном эффект. Теперь факт смещения зоны среднего пятнообразования по широте в течение солнечного цикла обычно называют законом Шперера.
В последние десятилетия гелиофизики получили возможность непрерывно определять солнечную постоянную в ходе наблюдений с космических аппаратов. Выяснилась любопытная вещь: помимо колебаний ее значений, связанных с появлением и исчезновением активных областей (от +0,2 до –0,4 %), слегка (всего на 0,1 %) меняется и средний уровень светимости Солнца. Эти колебания происходят синхронно с 11-летним циклом солнечной активности! Другими словами, слегка, в такт с солнечной цикличностью, меняется режим энерговыделения светила. К счастью для нас, эти изменения чрезвычайно малы, но тем не менее, точные измерения демонстрируют их реальность. Несомненно, это отражение глубинных физических процессов в недрах Солнца, суть которых мы пока понимаем не очень хорошо.
Есть еще чрезвычайно важная особенность солнечной цикличности. Если мы будем рассматривать, как расположены в группах пятен магнитные полярности, выяснится следующая закономерность. Все «головные» пятна в активных областях северного полушария в течение всего 11-летнего цикла имеют одну и ту же полярность, соответственно, «хвостовые» пятна – противоположную. В это же время в южном полушарии наблюдается обратная картина: здесь «головная» полярность соответствует «хвостовой» в северном полушарии. Но когда в минимуме цикла начинают появляться первые небольшие группы пятен нового цикла, их можно отличить не только по высокой широте. Магнитные полярности у групп нового цикла оказываются обращенными по отношению к группам старого цикла! Теперь бывшая «хвостовая» полярность в данном полушарии становится «головной». Эта глубокая закономерность, отражающая фундаментальные свойства солнечной активности, была обнаружена в начале XX века в американской обсерватории Маунт Вилсон и получила название закона Хэйла в память о пионере исследований солнечного магнетизма. Учитывая это, гелиофизики иногда говорят не об 11-летнем, а о 22-летнем цикле солнечной активности. За этот период полностью меняется не только число пятен и других проявлений активности, но и их магнитные полярности, и все начинается сначала.
Есть дополнительные аргументы в пользу того, что 22-летний цикл – действительно реальность, а не измышление теоретиков. Обнаружилось, что 11-летние циклы солнечной активности неодинаковы «по высоте»: в максимумах некоторых циклов значения чисел Вольфа оказываются больше, чем в других. При этом выяснилась любопытная закономерность: «высокие» и «низкие» циклы чередуются между собой: как правило, число пятен в максимуме нечетного цикла выше, чем в максимуме четного. На эту закономерность указывали в прошлом выдающиеся гелиофизики Тернер, Людендорф и Вальдмайер. В отечественной научной литературе это свойство солнечной цикличности называют правилом М. Н. Гневышева – А. И. Оля в память об описавших этот феномен известных советских астрономах. При этом следующие друг за другом циклы в каждой паре, похоже, тесно связаны друг с другом: оказывается, по продолжительности предыдущего цикла в паре можно с высокой степенью вероятности предсказать высоту следующего цикла. Таким образом, указанные закономерности являются отражением неких непрерывных магнитных процессов с периодом в 22 года.
Есть ли на Солнце другие периоды? Есть основания считать, что есть, но определить их свойства достаточно сложно: они проявляются вовсе не так явно, как впечатляющие 11-летние изменения всех параметров солнечной активности. Математическая обработка формы кривой, описывающей набор 11-летних циклов, позволяет указать на то, что высоты циклов, похоже, промодулированы более долгопериодическим изменением. Сегодня наиболее надежно выделяется 80-летний цикл. При этом В. Н. Обридко отмечает, что в 11-летнем цикле заметно меняется количество групп пятен, а в 80-летнем цикле – их мощность (например, отражаемая таким параметром, как площадь пятен).
Сбой в правиле Гневышева – Оля (23-й цикл оказался ниже предыдущего, вопреки ожиданиям) московский гелиофизик Виталий Никитич Ишков считает связанным с тем, что на этот период пришелся минимум в вековом (80-летнем) цикле активности. Следующий, 24-й, цикл оказался еще более низким – похоже, солнечная активность вступила в эпоху «низких» циклов. Косвенные данные, кроме того, указывают на то, что, возможно, существует и 2400-летний цикл солнечной активности. Высота (амплитуда) долгопериодических циклов, видимо, невелика по сравнению с 11-летним циклом.
Рис. 21. Изменения чисел Вольфа во время 24-го цикла солнечной активности. Сглаженные данные
Есть доп. данные для отрисовки (в excel), там числа для графика. На горизонтальной оси поставить годы: в самом начале – 2009, под вторым максимумом – 2014.
Насколько стабильно 11-летнее «дыхание» Солнца? На протяжении последних двух столетий оснований сомневаться в этом не было. Но в прошлом, причем не таком уж далеком, наблюдались странные события. На протяжении 70 лет, в период с 1645 по 1715 год, должно было уместиться как минимум шесть 11-летних циклов. К сожалению, в этот период солнечные пятна систематически никто не наблюдал! Но данные отдельных, отрывочных наблюдений, а также многих косвенных данных (в частности, пониженного числа полярных сияний, которые тесно связаны с солнечной активностью) говорят о том, что в это время на Солнце почему-то было аномально мало пятен! Известные гелиофизики Юрий Иванович Витинский, Милослав Копецкий и Георгий Вячеславович Куклин писали, например, о том, что можно сделать вывод о «затоплении» 11-летних циклов в этот период: некоторое (пониженное) количество пятен наблюдалось только в период максимумов, а в остальное время пятен на Солнце практически не было. В честь Эдварда Уолтера Маундера (1851–1928), который в начале ХХ века подробно исследовал этот феномен, загадочный период пониженной солнечной активности в середине XVII – начале XVIII века теперь принято называть маундеровским минимумом.
