Дело о пропаже солнечных пятен

01 сентября 1979 года, 00:00

Если вам доведется побывать в Институте астрофизики и физики атмосферы Академии наук Эстонской ССР, вас непременно поведут в фойе актового зала, чтобы показать единственное в этом сугубо научном учреждении произведение искусства: карту звездного неба, выложенную из морских камешков.

Включишь подсветку — и перед тобой, словно диковинные, распушившие хвост птицы, предстанут гигантские спиральные галактики с потухшими квазарами в центре. А совсем рядом уютно расположилось солнце. В самом центре нашего дневного светила зритель видит пытливый глаз и некий вопросительный знак...

Не будучи знатоком, я не возьму на себя смелость судить о художественных достоинствах панно. Но, проходя мимо него чуть ли не каждый день, я часто ловлю себя на одной и той же мысли: как важно нам всем, независимо от возраста и рода занятий, не терять свежести взгляда! Мне кажется, что автора панно М. Рауд не подвела художественная интуиция. Мало того, что в центре галактик она поместила как раз в ту пору, около пятнадцати лет назад, открытые квазары — и по сей день, пожалуй, самые поразительные тела Вселенной. Ей еще удалось предвосхитить огромный, недавно вновь вспыхнувший в науке интерес к Солнцу и глубокую озадаченность астрофизиков, которые вот уже с десяток лет бьются над загадкой солнечных нейтрино, этих неуловимых частиц нашего светила.

Ведь если верны наши представления о природе ядерных процессов, высвобождающих энергию в недрах Солнца, то испускаемая при этом лавина элементарных частиц — нейтрино — почти мгновенно пронизывает толщу звездного вещества, устремляется в мировое пространство, и часть неизбежно попадает на нашу планету. Увы, предпринимавшиеся до сих пор попытки зарегистрировать поток нейтрино приводили к неудовлетворительным результатам. А тут еще, словно бы для того, чтобы усугубить драматизм ситуации, советские астрофизики обнаружили, что Солнце, ранее считавшееся своего рода эталоном надежности и стабильности, на поверку оказалось периодически пульсирующей звездой — оно словно бы дышит с частотой сокращений примерно десяток пульсаций в сутки (1 См.: «Вокруг света», 1976, № 11.).

Словом, открытия последнего десятилетия дают богатую пищу для размышлений: а все ли основное и главное мы знаем о Солнце, в особенности о его прошлом?

Нисколько не сомневаясь в том, что фундамент современной физики Солнца устоит перед напором новейших открытий, мы тем не менее можем спросить себя: а разве должно все сложное многообразие наблюдаемых явлений укладываться в прокрустово ложе физической теории, какой бы совершенной и хитроумной она ни была? И разве не логичнее считать, что Солнце — этот огонь, вспыхнувший около 5 миллиардов лет тому назад, во временных интервалах в сотни и тысячи лет должен проявлять закономерности, о которых мы сегодня только начинаем догадываться?

И тут самое время вспомнить об одном, казалось бы, давно погребенном в архивах науки событии.

...В 1893 году Уолтер Маундер, заведующий солнечным отделом королевской Гринвичской обсерватории, рылся в старых книгах и журналах и сам отказывался верить своим находкам. Выглядело так, будто астрономы в течение многих лет упускали из виду архиважную истину: Солнце не являлось стабильной и предсказуемой звездой! Если бы Маундер мог принять прочитанное им на веру, это означало бы, что Солнце претерпело существенное изменение в сравнительно недавнее время. В частности, старые записи показывали, что до 1715 года в течение семидесяти лет на Солнце... не было пятен! Да и других признаков активности тоже. Если это и вправду случилось, то, как понимал гринвичский астроном, последствия могли быть самыми серьезными, и не только для астрономии, но, возможно, и для самого климата планеты, а значит, и для будущих условий жизни на Земле...

Темные пятна — самая известная особенность Солнца, а одиннадцатилетний цикл, в течение которого они то появляются, то пропадают, относится к числу наиболее надежно задокументированных астрономией фактов. В 1893 году они ни у кого сомнения не вызывали. Как раз тогда наше светило находилось в максимуме активности — были видны сотни солнечных пятен. Но даже в годы минимума находят хотя бы несколько пятен, их не бывает только в считанные недели. И вот в пожелтевших от времени хрониках семнадцатого века, когда об 11-летнем цикле солнечной активности еще не имели понятия, Маундер нашел записи, из которых следовало, что за 32 года в северном полушарии Солнца не наблюдалось ни одного темного пятна! Далее Маундер обнаружил, что общее число пятен на Солнце, упоминавшееся в хрониках между 1645 и 1715 годами, было куда меньше, чем ныне в среднем за год.

В 1894 году Маундер опубликовал работу, озаглавленную «Продолжительный минимум солнечных пятен». В ней он говорил, что если исчезновение пятен на столь длительный срок — реальность, то этот факт должен потрясти самые основы физики Солнца.

Похоже на то, что к Маундеру никто не прислушивался. Но он не сдавался, опубликовал в 1922 году новую статью под тем же названием. Шестью годами позже Маундер умер, а солнечный цикл, будто в насмешку над ним, продолжал регулярно повторяться... Статьи английского астронома предали забвению, а их автора, вероятно, отнесли к числу тех чудаков-энтузиастов, которые слишком уж доверчиво относятся к старым, отрывочным хроникам прошлого.

Но вот недавно американский астроном, специалист по физике Солнца Дж. Эдди решил, что настала пора взяться и распутать странное дело о пропаже солнечных пятен. Оригинальные источники, к которым прибег в свое время Маундер, и сегодня лежат в библиотеках. Но за полвека, прошедшие со дня смерти гринвичского астронома, их число пополнилось каталогами исторических наблюдений полярных сияний, записями о солнечных пятнах в странах Древнего Востока. И, наконец, самое главное, в руках современного физика и историка оказался столь мощный инструмент научного поиска, как анализ годичных колец деревьев. Ни одна из этих «улик» не была известна Маундеру. Ни одна из них, отдельно взятая, не является неопровержимой. Все вместе они должны были помочь распутать головоломку.

Изучая отчеты астрономов прошлого, Дж. Эдди, к своему удивлению, убедился в том, что они выглядят в точности так, как их описывал Маундер. Так, когда в 1671 году, в середине «минимума Маундера», появилось солнечное пятно, Кассини, первый директор Парижской обсерватории, писал: «Прошло около 20 лет с тех пор, как астрономы наблюдали сколько-нибудь значительное пятно на Солнце, хотя до этого с момента изобретения телескопа они время от времени наблюдали их». Разве такое могло быть написано в период нормальной солнечной активности? Дж. Фламстед, первый королевский астроном Англии и первый директор королевской Гринвичской обсерватории, в свою очередь, засвидетельствовал, что он провел семь долгих лет в поисках одного-единственного пятна на Солнце...

Но насколько можно доверять наблюдателям прошлого? Сколь хороши были их инструменты, как тщательно следили они за солнечными пятнами? Ведь семнадцатый век — это так давно... В те времена люди носили странные одежды и имели обыкновение писать и изъясняться витиевато. Все так, но то был период расцвета астрономии. Рисунки солнечных пятен, сохранившиеся в журналах и книгах той эпохи, мало в чем уступают зарисовкам нынешних наблюдателей. Судя по всему, астрономы тех времен были движимы теми же побуждениями и профессиональными интересами, что и в двадцатом веке, а времени у телескопов они, вероятно, проводили даже больше.

Но следили ли они постоянно за Солнцем? Быть может, Маундер попросту принял отсутствие доказательств за доказательство отсутствия? Едва ли это так. В литературе того времени постоянно отмечалось отсутствие пятен, а если, наконец, обнаруживали хотя бы одно, то это служило поводом для написания научной статьи. Но, может быть, в Европе на протяжении 70 лет была преимущественно облачная погода, препятствующая проведению астрономических наблюдений? Оказалось, что это был период сильного похолодания, но не облачности. Напротив, ночные наблюдения были частыми и регулярными, открывались новые кометы, спутники планет, а достигнутый в те годы прогресс в понимании природы солнечной системы был бы немыслим без ясного неба и стабильной атмосферы.

Исторические сведения о полярных сияниях также подтвердили реальность «минимума Маундера». Северные сияния тесно связаны с уровнем солнечной активности. Ниже Полярного круга число ночей с северными сияниями хорошо соотносится с числом пятен на Солнце. В нормальных условиях должно наблюдаться от 500 до 1000 северных сияний в течение 70 лет на густо населенных территориях Европы. Тем не менее между 1645 и 1715 годами в источниках о них почти ничего не сообщалось. Даже в Скандинавии, где в наше время они наблюдаются чуть ли не еженощно, их было так мало, что появление сияний воспринималось как дурное предзнаменование.

Так обстояло дело в Европе. А что свидетельствовали наблюдатели Востока? Сообщения о солнечных пятнах стали появляться там начиная примерно с пятого века нашей эры. Большие темные пятна или группы пятен можно увидеть невооруженным глазом на заходе или восходе Солнца, если оно окрашено или ослаблено дымкой. В 1933 году японский астроном Смгуру Канда составил список наблюдений солнечных пятен невооруженным глазом в Японии, Китае и Корее. Он нашел, что в нашу эру каждое столетие отмечалось в среднем от пяти до десяти пятен. Было и несколько провалов между 1584 и 1770 годами. Дж. Эдди не слишком серьезно отнесся к этим весьма отрывочным данным, пока не обнаружил, что они хорошо согласуются с частотой наблюдения северных сияний за последние 2000 лет.

Было найдено и еще одно чрезвычайно важное свидетельство. Солнечные пятна — это средоточие сильных магнитных полей на Солнце, которые формируют бледные корональные протуберанцы, ярко пламенеющие вокруг Солнца при полном затмении. Когда много пятен и, значит, магнитные поля сильны, корона заполнена протуберанцами, которые тянутся от Солнца, как лепестки георгина. Когда пятен мало, число протуберанцев падает, как будто кто-то обрезает лепестки. Ну а что произойдет, если вовсе не будет солнечных пятен? Наблюдатель увидит зодиакальный свет или «фальшивую корону» вокруг черного диска Луны, узкое кольцо бледно-красного цвета без протуберанцев. И все!

С 1645 по 1715 год представилось 63 случая, когда можно было наблюдать полное солнечное затмение. Внимательно просмотрев материалы исторических хроник, Дж. Эдди пришел к выводу: все, кто тогда наблюдал полное солнечное затмение, единодушно отметили одно и то же — вокруг Луны было видно бледное кольцо, ровно светившееся, узкое и красноватое. Ничего похожего на беловатую, с ярко выраженной структурой корону, столь знакомую нам. Но еще более поразительно то, что ничего похожего на корону нет и в описаниях полных солнечных затмений, дошедших до нас с еще более отдаленных времен, чем «минимум Маундера»!

Дж. Эдди и его сотрудников охватил азарт охотника, поймавшего на мушку дичь. Они задали себе вопрос: а как вращалось Солнце в семнадцатом веке? Дело в том, что Солнце вращается не как твердое тело; его высокоширотные зоны не поспевают за экваториальными. И по пятнам можно вычислить скорость этих движений, ибо они трассируют вращение поверхности подобно тому, как плывущие листья трассируют поток воды. Сравнивая рисунки пятен в старинных книгах Кристофа Шайнера (1630 год) и Гевелиуса (1647 год), Дж. Эдди обнаружил, что как раз в 1644 году солнечный экватор стал двигаться с ускорением, совершая оборот на день быстрее, чем в 1625 году!

Выходит, Солнце уже на памяти людей и, очевидно, неоднократно испытывало значительные и резкие изменения...

Наконец, последнее и решающее свидетельство в пользу реальности «минимума Маундера» было получено с помощью годичных древесных колец. В верхней атмосфере Земли под воздействием космических лучей образуется радиоактивный изотоп углерода (углерод-14). Поток космических лучей модулируется солнечной активностью: чем сильнее мавхитное поле Солнца, тем меньше космических лучей попадает на Землю, тем меньше углерода-14 в атмосфере, тем меньше его оказывается в растениях и деревьях. Еще в 1958 году голландский исследователь Хессель де Врие обратил внимание на разительную аномалию в содержании углерода-14 в кольцах деревьев во второй половине XVII века и начале XVIII века. Эффект де Врие был подтвержден наблюдениями во всем мире.

Анализируя данные о наличии углерода-14 (в основном по годичным кольцам древней секвойи), Дж. Эдди пришел к следующим заключениям. За последние пять тысяч лет наблюдалось примерно 12 таких периодов, как «минимум Маундера». Каждый длился от пятидесяти до нескольких сот лет. Один из них продолжался с 1400 до 1510 года нашей эры, когда тоже было мало северных сияний и пятен. И наоборот, случались эпохи, когда солнечная активность была скорее всего даже выше, чем в наше время. Один из таких средневековых максимумов располагался между 1100 и 1300 годами. Другой мы переживаем ныне, и, возможно, он еще не достиг наивысшей точки.

И наконец, последнее. «Минимум Маундера» падает на «малый ледниковый период», период необычайно холодной погоды в Европе с шестнадцатого до начала девятнадцатого веков. Тогда норвежская колония в юго-западной Гренландии вымерла до последнего человека из-за надвига льдов. Нельзя ли эту аномалию климата связать с долгим отсутствием солнечных пятен? Быть может, их исчезновение сопряжено с некоторым ослаблением солнечной радиации? Современные расчеты моделей климата показывают, что холодные периоды типа «малого ледникового» легко достигаются уменьшением солнечной постоянной не более, чем на один процент...

Во всяком случае, Дж. Эдди доказывает, что каждое ослабление солнечной активности, вроде «минимума Маундера», сопровождается наступлением ледников; максимум, наоборот, характеризуется их отступлением. Было бы, конечно, преждевременно принимать эти выводы за абсолютную истину: слишком уж отрывочны и ненадежны наши знания о климате Земли в ту пору, когда отсутствовала организованная метеорологическая служба. Но связь между поведением Солнца и вековыми климатическими пертурбациями, конечно же, существует.

Похоже, что Маундер был прав. Как это часто бывает в триумфальном шествии науки, мы слишком быстро позабыли прошлое. И ученым и простым людям всегда хотелось, чтобы Солнце было лучше других звезд и лучше, чем оно есть на самом деле. Давным-давно считалось, что оно совершенно, а когда телескоп обнаружил на нем пятна, мы утешились мыслью, что его поведение постоянно и неизменно. Оказывается, неверно ни то, ни другое.

И. Пустыльник, старший научный сотрудник ИАФА АН ЭССР

Рубрика: Без рубрики
Ключевые слова: Солнце
Просмотров: 8074