Астрофизики раскрыли тайну меняющейся внутренней структуры Солнца за сорок лет наблюдений
Международная группа астрофизиков из Университета Бирмингема и Йельского университета провела беспрецедентное исследование, проанализировав более сорока лет наблюдений за Солнцем. Ученые обнаружили убедительные доказательства того, что внутренняя структура нашей звезды претерпевает едва уловимые, но измеримые изменения от одного цикла солнечной активности к другому.
Каждые 11 лет Солнце проходит через цикл магнитной активности, достигая своего пика во время "солнечного максимума" и затихая в период "солнечного минимума". В эти спокойные фазы на светиле наблюдается меньше всего пятен, магнитное поле становится слабее, а поверхность — более однородной. Используя данные, собранные сетью телескопов BiSON (Birmingham Solar-Oscillations Network), расположенных по всему миру, исследователи смогли заглянуть глубоко под поверхность Солнца в течение четырех таких периодов затишья, соответствующих циклам с 21-го по 25-й.
Ключом к разгадке стали едва заметные вибрации внутри звезды, вызванные звуковыми волнами, которые заставляют Солнце мягко колебаться. Изучая эти колебания в рамках дисциплины, известной как гелиосейсмология, ученые впервые получили возможность сравнить четыре последовательных минимума активности, анализируя то, что происходит в недрах светила. Особое внимание они уделили характерному звуковому сигналу, или "сбою", возникающему в момент двойной ионизации гелия, а также изменениям скорости звука в разных слоях. Полученные данные сопоставлялись с теоретическими моделями, в которые вносились небольшие корректировки внутренних параметров.
Результаты показали, что минимум, пришедшийся на 2008–2009 годы (переход между 23-м и 24-м циклами), который известен как один из самых глубоких и продолжительных за всю историю наблюдений, существенно отличается от трех других. В этот период "сбой", связанный с гелием, был значительно сильнее, что указывает на реальные структурные изменения в звезде. Кроме того, во внешних слоях Солнца была зафиксирована более высокая скорость звука, что свидетельствует о повышенном давлении и температуре газа, а также о более слабых магнитных полях.
Профессор Билл Чаплин из Университета Бирмингема прокомментировал открытие: "Впервые мы смогли четко количественно оценить, как внутреннее строение Солнца меняется от минимума одного цикла к минимуму следующего. Внешние слои нашей звезды незаметно трансформируются на протяжении всех циклов активности, и мы обнаружили, что особенно глубокие и спокойные минимумы оставляют измеримый внутренний "отпечаток пальца"."
Эти выводы имеют не только фундаментальное, но и прикладное значение, особенно для прогнозирования будущих циклов активности. Понимание процессов, происходящих в недрах Солнца, напрямую связано с предсказанием космической погоды — мощных выбросов энергии, которые могут влиять на Землю. Вызываемые Солнцем магнитные бури способны приводить к сбоям в радиосвязи, ошибкам в работе GPS, отключениям электроэнергии и повреждению спутников связи.
Соавтор исследования, профессор Сарбани Бас из Йельского университета, подчеркнула важность изучения именно спокойных периодов: "Раскрытие того, как ведет себя Солнце под своей поверхностью во время этих фаз затишья, имеет решающее значение, поскольку это поведение сильно влияет на то, как будет нарастать активность в последующих циклах". Профессор Чаплин добавил, что их работа демонстрирует огромный потенциал долгосрочных сейсмических наблюдений за звездами. Методы, разработанные в этом исследовании, в будущем могут быть применены к другим звездам, похожим на Солнце, с помощью новых миссий, таких как телескоп PLATO Европейского космического агентства. Это позволит лучше понять изменчивость других светил и их влияние на окружающую среду, включая потенциально обитаемые планеты.
Результаты работы были в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.