6. Маундеровский и прочие длительные минимумы

Несколько лет назад в изучении солнечной активности произошло событие, которое произвело впечатление разорвавшейся бомбы. Связано оно с именем американского исследователя Солнца Дж. Эдди, который заявил что по крайней мере в течение 70 лет XVII столетия, 4 с 1645 по 1715 год, хорошо известный всем 11-летний цикл солнечных пятен «не работал», а может быть» и раньше его не было. Эта сенсация второй половины нашего века, когда страсти улеглись, свелась к проблеме существования длительных минимумов солнечной активности, в особенности самого близкого к нашему времени, так называемого маундеровского минимума.

Менее чем через полстолетия после того, как солнечные пятна были зарегистрированы с помощью телескопа, с 1645 г. в истории Солнца наступил странный период, когда оно за 70 лет «выдало» пятен меньше, чем за один год в эпоху минимума чисел Вольфа нашего времени и все эти пятна располагались в основном на широтах ниже 10°. С легкой руки Эдди этот период получил название маундеровского минимума солнечной активности по имени английского исследователя Солнца Е. Маундера, который дал его детальное описание. Справедливости ради следовало бы вспомнить, что минимум этот сначала не менее подробно был описан Р. Вольфом, а затем Шперером. Что же касается Маундера, то он скорее явился популяризатором этого периода, притом блестящим. Тем не менее все его призывы не нашли отклика у астрономов-профессионалов. И получилось так, что потребовался целый вековой цикл, чтобы о маундеровском минимуме вспомнили снова, но уже с гораздо большим шумом, чем это было при его обнаружении. Самое смешное, что Вольф, который первый его заметил, был обвинен в том, что «распространил» 11-летний цикл и на это время, якобы находясь «под гипнозом своего открытия».

Каковы же характерные особенности маундеровского минимума солнечных пятен? Прежде всего он отличался полным отсутствием пятен па видимой, поверхности Солнца в течение продолжительных интервалов времени, от нескольких до десяти лет. В частности, так было с 1661 по 1670 год не 1671 по 1683 год. В те же годы, когда пятна все-таки появлялись, их было так мало и они располагались на таких низких широтах, что выделение эпох их максимумов оказалось делом весьма затруднительным. И все же Вольф сумел с этим справиться, отдавая себе отчет в том, что ошибка таких определений могла достигать двух лет. Именно во время маундеровского минимума впервые проявила себя асимметрия северного и южного полушарий Солнца, причем в самой категоричной форме. С 1672 по 1704 год в северном его полушарии не наблюдалось ни одного пятна.

Такой необычайно низкий уровень солнечной активности отразился и на атмосфере нашей планеты. В это время отмечались очень низкая геомагнитная активность и совсем мало полярных сияний. Дополнительные сведения дают наблюдения солнечных пятен, видимых невооруженным глазом, и полных солнечных затмений, зафиксированные в китайских летописях. Они показывают, что маундеровский минимум отличался полным отсутствием больших групп пятен и что солнечная корона в это время характеризовалась отсутствием внутренней структуры, которая обычно видна в эпоху максимума 11-летнего цикла. Еще одно косвенное свидетельство принесли исследования концентрации радиоуглерода 14С в датированных образцах древесины. В периоды наиболее высокой солнечной активности поток галактических космических лучей, вызывающий образование радиоуглерода, ослабляется, что приводит к уменьшению его концентрации. При низкой солнечной активности наблюдается противоположная картина. Оказалось, что во время маундеровского минимума Концентрация 14С максимальна, тем самым подтверждая его реальность.

Итак, маундеровскнй минимум представляет собой длительный период необычно низкой солнечной активности. Согласно данным Эдди, самые высокие среднегодичные значения чисел Вольфа в это время не превышали 18. Учитывая, что материалы, по которым они восстанавливались, были далеко не полными и обрывочными и носили, как правило, качественный характер, можно с равным успехом доказывать их правильность или ошибочность. Но если отвлечься от этого, хотя и немаловажного обстоятельства, и исходить из всего комплекса и прямых и косвенных данных, то становится очевидным, что солнечная активность во время маундеровского минимума заметно отличалась от той, к которой мы привыкли. Очень образное ее описание дал Маундер: «Так же, как в сильно затопленной местности самые возвышающиеся области еще будут поднимать свои головы над паводком, и шпиль здесь, холм, башня или дерево там способны дать очертания конфигурации затопленной равнины, годы с пятнами, по-видимому, выделяются, как кресты затонувшей кривой пятен». Как видим, существование 11-летнего цикла в этот период у Маундера, в отличие от Эдди, не вызывало сомнения. Только слишком необычно тогда выглядел этот цикл.

Необычность ситуации на Солнце в течение столь длительного времени сразу же заинтересовала физиков и астрофизиков-теоретиков. Они создали ей такую рекламу, о которой не мог даже мечтать Маундер. И это вполне понятно. Если действительно, как утверждал Эдди, 11-летний цикл внезапно прекращает «работать» или же сначала вообще отсутствует, а затем появляется «сразу», чем это можно объяснить? Детально разработанная к настоящему времени динамо-теория 22-летнего цикла солнечной активности, о которой мы будем говорить в главе 6, не давала ответа на этот вопрос. Она покоится на «двух китах»: магнитных полях и крупномасштабных движениях Солнца. Если бы произошло такое внезапное изменение солнечной активности, то оно должно было бы найти свое проявление в одном из этих «китов». На основании измерений координат пятен на зарисовках Солнца, сделанных Гевелием в 1642-1644 гг., т. е. накануне начала маундеровского минимума, Эдди обнаружил резкое увеличение экваториальной угловой скорости вращения нашего дневного светила по сравнению с наблюдаемой ныне при сохранении ее величины на высоких широтах. Этот результат «подлил масла в огонь». Появилось множество теоретических работ, авторы которых силились объяснить феномен маундеровского минимума.

Но многие исследователи Солнца и солнечно-земных связей, не возражая принципиально против аномально низкого уровня солнечной активности в 1645 - 1715 гг., привели ряд доводов в пользу сохранения 11-летнего цикла солнечных пятен в это время и отсутствия внезапности в появлении маундеровского минимума. Особенно помогли им в этом многочисленные и достаточно полные данные о полярных сияниях, о кометах, видимых невооруженным глазом, об иловых отложениях в озерах и даже рукописи диссертаций XVII столетия о солнечных пятнах. Еще один важный довод в пользу постепенности процесса дало изучение многолетних изменений закона дифференциального вращения Солнца по гринвичским материалам о группах пятен. Оказалось, что величина уменьшения угловой скорости его вращения для конца ветви спада 11-летнего цикла тем больше, чем ниже высота следующего цикла. Эта закономерность прекрасно сохраняется и на период маундеровского минимума. Поэтому нет оснований строить теории солнечного цикла, которые исходили бы из внезапного изменения основных физических характеристик Солнца.

Какова же тогда причина появления маундеровского минимума солнечной активности? Наиболее вероятным его объяснением могло быть взаимодействие между 600-летним (или, возможно, 400-летним) и вековым циклами солнечных пятен. Действительно, вблизи минимума 600-летнего цикла форма 80 - 90-летнего может быть сильно искажена: он заметно «подавляется», а максимум его сдвигается на более позднее время. Именно такая картина и наблюдалась в XVII столетии. Любопытно, что наше время выглядит как маундеровский минимум «наоборот»: уже в течение пяти И-летних циклов величина максимальных чисел Вольфа не опускалась ниже 100.

Как мы уже упоминали, маундеровский минимум в целом (без деталей) достаточно четко выделяется по максимуму концентрации радиоуглерода 14С. Изучение этой характеристики по датированным образцам древесины за восемь тысяч лет показало, что маундеровский минимум отнюдь не одинок. По соседству с ним, в 1450 - 1550 гг., располагается так называемый шпереровский минимум солнечных пятен, впервые четко выделенный Эдди. Антиподом ему служит период низкой концентрации радиоуглерода в 1100 - 1250 гг. Шпереровский минимум солнечных пятен был столь же глубоким (если не глубже), как маундеровский. В более древние времена обнаруживается еще несколько продолжительных минимумов солнечной активности, по крайней мере, вокруг 400, 750, 1400, 2850 и 3300 годов до н. э. Сейчас еще трудно судить, насколько радиоуглеродный метод может помочь в исследовании долговременных изменений активности Солнца. Но пока, даже при его нынешней точности и сравнительно невысоком временном разрешении, на него возлагают большие надежды.