3. 22-летний цикл солнечной активности

Регулярные наблюдения магнитных полей солнечных пятен, открытых в начале нынешнего столетия американским астрономом Дж. Хейлом, привели к окончательному признанию реальности 22-летнего цикла солнечной активности, существование которого заподозрил еще Р. Вольф. В 1913 г. в конце 14-го цикла по цюрихской нумерации, Хейл впервые показал, что полярность магнитных полей ведущих (хвостовых) пятен северного (южного) полушария Солнца изменяется на противоположную при переходе от одного 11-летнего цикла к другому. А поскольку знак их противоположен у ведущего и хвостового пятен группы и у соответствующих пятен северной и южной полусферы, то получается, что они как бы меняются местами в отношении магнитных свойств. Таким образом, магнитные поля групп солнечных пятен получают первоначальную полярность не через 11 лет, а через 22 года. В дальнейшем такие изменения наблюдались в течение всех последующих 11-летних циклов, что позволило навсегда покончить со спорами относительно реальности 22-летнего цикла. Это был первый случай, когда выявление солнечного цикла покоилось на прочной физической основе и не нуждалось в дополнительных математических подтверждениях.

Если исходить из цюрихской нумерации 11-летних циклов, то оказывается, что в нечетных циклах полярность магнитного поля ведущих пятен групп северного полушария положительная (северная), а в четных циклах - отрицательная (южная). В южном полушарии наблюдается противоположная картина. Заметим, что вектор магнитного поля отрицательной полярности направлен внутрь Солнца. В последние годы подобное же изменение знака было обнаружено и у слабых магнитных полей вблизи полюсов Солнца, только не в минимуме, а максимуме 11-летних циклов. О нем уже говорилось раньше. Поэтому здесь мы ограничимся только замечанием, что если в первой половине 11-летнего цикла (до смены знака полярного магнитного поля) полярность этих полей соответствует полярности хвостового пятна группы данного полушария, то во второй его половине - полярности ведущего пятна. Наконец, еще две физические характеристики Солнца, по-видимому, подчиняются 22-летнему циклу: изменение диаметра Солнца и величины собственного движения солнечных пятен вдоль меридиана. Но они не настолько достоверны, чтобы на их основе делать какие-либо решающие выводы. Если никто теперь не сомневается в изменении полярности магнитного поля пятен, то многие отнюдь не убеждены не только в реальности 22-летнего цикла колебаний диаметра Солнца, но даже самих его изменений. Примерно то же самое, но с гораздо меньшими оговорками, относится и к собственным движениям пятен.

Итак, в настоящее время все уверены в том, что 22-летний цикл солнечной активности действительно существует, по крайней мере для солнечных пятен. Почему же в таком случае, если воспользоваться всем рядом чисел Вольфа, которым мы теперь располагаем, и применить к нему наиболее совершенные методы математической статистики, этот цикл теряет свою осязаемость или выступает, самое большее, как бледная тень 11-летнего цикла? Не стоит этому слишком удивляться. Ведь наиболее четко 22-летний цикл обнаруживается в изменении полярности, а не величины напряженности магнитного поля пятен. Но ранее мы уже говорили о том, что индекс напряженности магнитного поля пятен практически не показывает даже 11-летнего изменения.

Имеются некоторые обстоятельства, которые затрудняют возможности математического выделения 22-летнего цикла относительных чисел солнечных пятен. Главным из них является злополучный 5-й цикл, на который мы уже обращали внимание. Действительно, если бы не этот цикл, то, начиная с 1749 г., имелось бы регулярное чередование сравнительно высоких и низких 11-летних циклов. Но пока для нас так и осталось загадкой, можно ли доверять результатам наблюдений времен наполеоновских войн или же действительно правы те, кто считает, что исчезновением хотя и слабого, но полного 11-летнего цикла мы обязаны Наполеону I. Так или иначе у исследователей 22-летнего цикла не было иного выхода, как отбросить 4-й и 5-й солнечные циклы, пока не вникая в обоснование такой вольности. Этот обходный маневр сразу же привел к очень интересному результату. Оказалось, что если связь суммы среднегодичных чисел Вольфа четных 11-летних циклов с суммой нечетных циклов очень тесная, то она становится весьма слабой, если связывать, наоборот, нечетные циклы с четными. Несколько позднее такой же результат был получен и для максимальных относительных чисел пятен, причем максимальное число нечетного цикла, как правило, выше, чем четного. Этот вывод обычно называют правилом Гневышева - Оля, по имени советских исследователей Солнца, впервые получивших его. Таким образом, выяснилось, что 22-летний цикл начинается с четного, более низкого 11-летнего цикла.

На первый взгляд, результат этот может показаться ненадежным, а сам вопрос лишенным смысла. Действительно, мы преднамеренно отбросили имеющееся исключение, а с точки зрения математической статистики тем самым уменьшили и без того малый ряд и, следовательно, нарушили строгость математического доказательства. Кроме того, можно поставить вопрос и так: а зачем, собственно говоря, искать, с чего начинаются сутки, с дня или с ночи? Именно так и действовали не так давно исследователи солнечной активности, которые исходили только из строгости применения математических методов. Но при этом они, с одной стороны, забывали о физическом доказательстве реальности 22-летнего цикла, а с другой,- невольно допускали, что этот цикл является не более чем суммой двух 11-летних циклов и, таким образом, не представляет никакого самостоятельного интереса. К счастью, задолго до появления подобной точки зрения были обнаружены, правда, полукачественно, некоторые любопытные особенности 22-летних циклов солнечных пятен.

Оказалось, что чем больше сумма среднегодичных чисел Вольфа в данном 22-летнем цикле, тем меньше его продолжительность. Эта сумма определяет также длину следующего 22-летнего цикла, которая ей прямо пропорциональна. В каждом таком цикле максимальное число Вольфа данного 11-летнего цикла изменяется обратно пропорционально его величине в предшествующем цикле. Чем больше мощность предыдущего 22-летнего цикла, тем меньше мощность последующего и, следовательно, тем больше его длительность. Подобные же связи обнаружены для суммарной площади солнечных пятен. И вот что самое удивительное. Совсем неожиданно правило Гневышева - Оля (притом без исключения каких-либо циклов) получило подтверждение в результате изучения связи длительностей 22-летнего и составляющих его 11-летних циклов. Выяснилось, что связь продолжительности 22-летних циклов, построенных по этому правилу, с длиной 11-летнего цикла, с которого он начинается, очень тесная, тогда как в случае искусственных 22-летних циклов, составленных из нечетных и четных 11-летних, она гораздо слабее.

22-летний цикл обнаруживается не только по суммарным и максимальным относительным числам пятен, но и по их среднегодичным значениям в годы вблизи эпохи максимума 11-летнего цикла. Для этих лет тоже характерна обусловленность каждого из среднегодичных чисел нечетного цикла величиной этих чисел в четном цикле. Эта особенность 22-летнего цикла солнечных пятен нередко используется для практических целей при предвычислении чисел Вольфа.

В 18-м цикле солнечных пятен максимальное число Вольфа оказалось выше, чем в 17-м. Это вызвало настоящий переполох среди исследователей солнечной цикличности. Неужели снова нарушение 22-летнего цикла? Но с магнитными полями пятен не произошло ничего необычного. Да и следующий, 19-й цикл был выше своего предшественика, как ему и полагалось. Как выяснилось, дело здесь было не в 22-летнем цикле, а в цикле солнечной активности большей длительности, о котором мы будем говорить в следующем разделе. А пока лишь заметим, что здесь и всплыла на поверхность двойственность чисел Вольфа, о которой мы упоминали в разделе 1 этой главы. Стоило только заменить относительные числа пятен числом вновь появившихся групп, как все стало на свои места и 18-й цикл, как ему и полагалось, оказался ниже 17-го.

Мы уже знаем, что индекс средней площади групп солнечных пятен практически не показывает 11-летнего цикла. Но зато ему присущ 22-летний цикл изменения. Правда, этот цикл гораздо слабее, чем для числа групп и даже их суммарной площади. Тем не менее, с ним нельзя не считаться. Более того, даже из очень ограниченного материала по солнечным вспышкам видно, что 22-летний цикл присущ и их частоте. Некоторые наме-ки этого цикла можно заметить и в строении групп пятен. Действительно, если в нечетных циклах группы отличаются обилием мелких пятен и пор, то в четных чаще всего они состоят из сравнительно небольшого числа пятен довольно внушительных размеров. К сожалению, данные о факельных площадках, протуберанцах и солнечной короне, имеющиеся в нашем распоряжении, не позволяют сделать какие-либо определенные выводы о существовании или отсутствии в их изменениях 22-летнего цикла.