Магнітне поле Сонця ось-ось перевернеться з ніг на голову: чому це відбувається і чого чекати

Розворот магнітного поля відбувається приблизно кожні 11 років і знаменує собою важливий етап сонячного циклу. Зміна полярності вказує на середину сонячного максимуму, пік сонячної активності та початок руху до сонячного мінімуму. Востаннє магнітне поле Сонця змінювало полярність наприкінці 2013 року. Але що спричиняє таку зміну і чи є вона небезпечною? Давайте детально розглянемо інверсію магнітного поля Сонця і дослідимо, які наслідки вона може мати для Землі.

Сонце змінюється

Щоб зрозуміти, чому магнітне поле змінює напрямок, важливо знати про сонячний цикл. Цей приблизно 11-річний цикл сонячної активності визначається магнітним полем Сонця і позначається частотою та інтенсивністю сонячних плям, видимих на поверхні. Пік сонячної активності під час певного сонячного циклу називається сонячним максимумом, і за поточними оцінками він припадає на період між кінцем 2024 і початком 2026 року.

Але є ще один дуже важливий, хоча й менш відомий цикл, який охоплює два 11-річних сонячних цикли. Відомий як цикл Хейла, цей магнітний цикл триває приблизно 22 роки, протягом яких магнітне поле Сонця змінює напрямок під час одного 11-річного циклу, а потім повертається назад під час другого, розповів Райан Френч, сонячний астрофізик. Таким чином, хоча зміна відбувається кожні 11 років, повне коло магнітне поле робить протягом 22 років.

Під час сонячного мінімуму магнітне поле Сонця близьке до диполя, з одним північним і одним південним полюсом, подібно до магнітного поля Землі. Але в міру наближення до сонячного максимуму "магнітне поле Сонця стає більш складним, без чіткого поділу на північний і південний полюси", – каже Френч. До моменту проходження сонячного максимуму і настання сонячного мінімуму Сонце знову стає диполем, хоча і з перевернутою полярністю.

Майбутня зміна полярності магнітного поля відбудеться з північної на південну в Північній півкулі і навпаки — в Південній півкулі. Це зробить Сонце схожим на Землю зараз, яка також має магнітне поле, спрямоване на південь у Північній півкулі, пояснює вчений.

Що спричиняє зміну полярності

Точна основна причина такої зміни полярності залишається загадковою. Це впливає на весь цикл, але ми досі не маємо дійсно несуперечливого математичного опису того, що відбувається. Поки ми не можемо це змоделювати, наука не може цього зрозуміти по-справжньому.

Зміна полярності супроводжується сонячними плямами, складними в магнітному відношенні ділянками поверхні Сонця, які можуть породжувати значні явища, такі як сонячні спалахи і корональні викиди маси (CME) – великі вибухи плазми і магнітного поля. Коли сонячні плями з'являються ближче до екватора, вони матимуть орієнтацію, що відповідає старому магнітному полю, тоді як сонячні плями, що формуються ближче до полюсів, матимуть магнітне поле, що відповідає новій магнітній орієнтації. Це називається законом Хейла.

Магнітне поле від активних областей прокладає собі шлях до полюсів і в кінцевому підсумку викликає розворот,
– пояснив фізик Сонця Тодд Хуксема, директор Сонячної обсерваторії Вілкокса в Стенфордському університеті.

Але достеменно неясно, чи це саме сонячні плями провокують розворот, чи вони є лише ознакою того, що розворот скоро відбудеться. Відомо, що магнітне поле в області плям відрізняється, тож вони можуть бути лише реакцією. Ми не маємо технологій для того, щоб визначити це точно.

Як швидко відбувається зміна

Ми знаємо, що зміна сонячного магнітного поля не відбувається миттєво. Це поступовий перехід від дипольного до складного зворотного дипольного магнітного поля протягом усього 11-річного сонячного циклу.

Коротко кажучи, не існує конкретного моменту, в який полюси Сонця міняються місцями. Це не так, як на Землі, де зміна полюсів вимірюється міграцією північного/південного полюса,
– каже Френч.

Зазвичай для повного розвороту потрібен рік або два, але він може суттєво відрізнятися. Наприклад, за даними Національної сонячної обсерваторії, для розвороту північного полярного поля 24-го сонячного циклу, який завершився в грудні 2019 року, знадобилося майже п'ять років. Зміна магнітного поля відбувається настільки поступово, що ви навіть не помітите, коли це станеться.

Але як би драматично це не звучало, це не ознака наближення катастрофи, адже це звичайна справа для Сонця і вона відбувається протягом усіх мільярдів років його життя. Однак ми відчуємо деякі ефекти зміни полярності.

Як на нас впливає зміна магнітного поля Сонця

Немає сумнівів, що Сонце останнім часом було неймовірно активним, вистрілюючи численні потужні сонячні спалахи та CME, викликаючи сильні геомагнітні бурі на Землі, які, своєю чергою, спричинили неймовірні полярні сяйва. Однак посилення суворості космічної погоди не є безпосередньою причиною зміни полярності. Скоріше, ці речі мають тенденцію відбуватися разом. За словами Френча, космічна погода, як правило, найсильніша під час сонячного максимуму, коли магнітне поле Сонця також є найскладнішим.

Один із побічних ефектів зсуву магнітного поля є незначним, але в першу чергу корисним: воно може допомогти захистити Землю від галактичних космічних променів — високоенергетичних субатомних частинок, які рухаються зі швидкістю, близькою до швидкості світла, і можуть пошкодити космічні апарати, а також завдати шкоди астронавтам, які перебувають на орбіті поза захисною атмосферою Землі.

Коли магнітне поле Сонця зміщується, "лист струму" – розлога поверхня, яка випромінює на мільярди миль від екватора Сонця – стає дуже хвилястою, забезпечуючи кращий бар'єр проти космічного проміння.

Прогнозування майбутньої сили сонячного циклу

Вчені пильно стежитимуть за зміною магнітного поля Сонця і визначатимуть, скільки часу знадобиться для того, щоб воно повернулося до дипольної конфігурації. Якщо це станеться протягом наступних кількох років, то наступний 11-річний цикл буде відносно активним, але якщо відновлення буде повільним, то цикл буде відносно слабким, як і попередній 24-й сонячний цикл.