Российские и британские учёные математически описали вариации магнитного поля Солнца в течение солнечного цикла и показали, что они совпадают с индексом солнечной активности, ранее вычисленным по солнечным пятнам. Авторы просчитали вариации солнечной активности за прошедшие 100 000 лет, что позволило вывести закон, благодаря которому можно предсказать изменения климата на Земле. Исследования поддержаны грантом Российского научного фонда (РНФ). Работа опубликована в журнале Scientific Reports, кратко о ней рассказывается в пресс-релизе РНФ.
Солнечные пятна представляют собой источники наиболее мощных магнитных полей. Чуть слабее магнитные поля у активных зон за границами пятен. Вне этих двух типов поверхности звезды магнитное поле слабое, так называемое фоновое. Количество пятен на Солнце может увеличиваться или уменьшаться (такие периоды называют минимумами), и по этому можно судить о солнечной активности. Так, со времён Маундеровского минимума 1645–1715 годов существует тенденция к увеличению средней солнечной светимости, влияющей на повышение температуры поверхности Земли. Недавно же были обнаружены долговременные колебания фонового магнитного поля Солнца. Они указывают на то, что солнечная активность в ближайшие три десятилетия будет снижаться и двигаться к современному большому минимуму.
За усиление и поддержание магнитных полей на Солнце отвечает так называемое электромагнитное динамо, механизм которого был впервые предложен Юджином Паркером (Университет Чикаго, США). Это явление получило название благодаря сходству с принципом функционирования динамо-машины, генерирующей электрический ток. Наглядным примером работы может служить велосипедный фонарик, яркость света которого зависит от того, насколько быстро крутятся педали. На Солнце и других космических телах состояние магнитных полей в большинстве случаев связано с движением составляющей их плазмы. Как отмечено в новом исследовании, в ранних моделях прогноза солнечной активности ещё не учитывались воздействия некоторых физических процессов солнечного динамо.
Для анализа солнечной магнитной активности физики и математики использовали метод главных компонент (principal component analysis, PCA), который позволяет уменьшить размерность данных с минимальными потерями информации и найти собственные колебания солнечного магнитного поля, вызванные магнитными источниками. Созданная математическая модель позволила построить суммарную кривую его вариаций. Получившийся в результате график иллюстрирует колебания солнечного магнитного поля в прошедшем и текущем тысячелетии, где максимум приходится на 2600 год, после которого последует его уменьшение с минимумом примерно в 3700 году. Елена Попова, кандидат физико-математических наук, сотрудница Высшей школы экономики, помогла британским коллегам из Нортумбрийского университета (Ньюкасл) и университетов Брадфорда и Халла, применившим новейшие методы математики для нахождения собственных колебаний магнитного поля Солнца, развить модель двухслойного динамо, которая успешно описала эти результаты, полученные из наблюдений магнитных полей на солнечном диске.
«Выведенный закон позволяет дать долгосрочный прогноз солнечной магнитной активности, — рассказала Елена Попова. — Четырёхсотлетняя тенденция к увеличению солнечного излучения со времен Маундеровского минимума и, соответственно, земной температуры может сохраниться в течение последующих шести веков и привести к тому, что к 2600 году земная поверхность станет теплее более чем на 2,5 °C».
