Глава 6. ГИПОТЕЗЫ О ПРОИСХОЖДЕНИИ СОЛНЕЧНОЙ АКТИВНОСТИ

1. Три типа гипотез о солнечной активности

Пожалуй, самый интригующий из всех вопросов, которые возникают при изучении Солнца, можно сформулировать следующим образом: «Откуда берется солнечная активность и каким образом она сводится к тем особенностям, о которых мы говорили в этой книге?» Если бы на этот вопрос можно было бы дать сколько-нибудь вразумительный ответ, человечество могло бы по праву считать себя по крайней мере хозяином своей планеты. К сожалению, до сих пор не создано единой теории солнечной активности, которая могла бы достаточно полно и хотя бы без явно видимых противоречий дать ответ на поставленный здесь вопрос. И все же сейчас мы уже имеем дело не просто с множеством отдельных работ по определенным проблемам солнечной активности, а с вполне определенными моделями солнечных циклов, хотя и не всеобъемлющими. Тем не менее, автор воздержался бы от того, чтобы называть их теориями. Это скорее гипотезы, которые пока ждут своего подтверждения.

Вся более чем столетняя история поиска причин и механизмов циклов солнечной активности представляет собой борьбу трех типов гипотез, основное различие (даже скорее противоречие) которых состоит в ответе на вопрос, где возникает солнечная активность,- на Солнце или вне его. На первый взгляд может показаться, что здесь и думать-то не над чем: раз активность солнечная, значит, и возникает она на Солнце. Но так стали считать совсем недавно.

А началось все еще в середине прошлого столетия с гипотезы, которая была выдвинута самим Р. Вольфом. Согласно этой точке зрения солнечная активность вызывается планетами Солнечной системы, точнее, их приливным воздействием на Солнце. Такая гипотеза имела под собой некую почву. Ведь период обращения Юпитера вокруг Солнца (11,7 года) поразительно близок к средней длине цикла солнечной активности (11,1 года), а длина и высота этого цикла изменяется со временем далеко не хаотически. Высокий авторитет Вольфа более чем на полстолетия привлек внимание многих ученых, в том числе блестящих математиков-статистиков, к разработке именно этой гипотезы. И сводилась она преимущественно к поискам периодов, взаимное наложение которых могло бы объяснить кривую изменения относительных чисел солнечных пятен. Это принесло большую пользу, но только не физике Солнца, а математике. И дело все в том, что рассуждения, которые выдвигались для обоснования гипотезы планетной обусловленности солнечной активности, были исключительно эмпирнко-статистическими. Ни о каких строгих физических расчетах не было и речи.

Но вот в 1926 г. норвежский метеоролог В. Бьерк-несс выдвинул гипотезу, согласно которой солнечная активность создается в подфотосферном слое Солнца вихревыми кольцами. Было бы излишним излагать здесь эту гидродинамическую модель солнечного цикла, тем более, что мы не собираемся рассматривать гипотез, которые уже потеряли свое значение (кроме исторического). Однако нельзя не сказать, что это была первая физическая гипотеза о происхождении солнечной цикличности, автор которой не побоялся «бросить перчатку» самому маститому Вольфу (точнее, его авторитету, сохранявшемуся десятилетия даже после его смерти). К сожалению, Бьеркнесс не был астрономом, и поэтому о его модели вспомнили только после того, как Вальдмайер выдвинул свою «эруптивную» гипотезу 11-летнего цикла, о которой уже говорилось в главе 4. Но если Вальдмайер переместил причину солнечной активности извне внутрь самого Солнца, то Бьеркнесс не только сделал это, и притом почти на десять лет раньше, но и указал ее физическую суть. Таким образом, в первой половине нынешнего столетия появился новый тип гипотез о происхождении солнечной активности, который искал ее источник не вне Солнца, а в его недрах.

Однако когда, вопреки Вальдмайеру, оказалось, что 11-летние циклы солнечной активности (и даже 22-летние) нельзя считать полностью изолированными друг от друга, сторонники концепции Вольфа вновь воспрянули духом. Но теперь они уже понимали, что без физических обоснований и без самого Солнца им не обойтись. И вот тогда появился еще один тип гипотез о происхождении солнечной цикличности, который автор назвал бы промежуточным (или гибридным). Согласно гипотезам этого типа, сами планеты не могут создавать солнечную активность, они только стимулируют ее появление, как бы служат ее спусковым механизмом. Исходные же ее причины лежат в самом Солнце или за пределами Солнечной системы, например, в Галактике (последнее без надежных физических доказательств). Но нельзя обойтись без учета влияний планет для объяснения всех особенностей солнечной активности. Следовательно, надо пытаться обосновать реальность таких влияний. Именно этому вопросу и уделяли больше всего внимания сторонники промежуточного типа моделей солнечных циклов.

И все же старый груз тянул их в сторону математической статистики. Если они и занимались физическими расчетами, то чаще всего такие расчеты свидетельствовали не в их пользу. В частности, оказалось, что приливное воздействие планет на Солнце не в состоянии увеличить его радиус больше, чем на 1 мм. Ничтожно малым получилось и влияние отклонения положения центра Солнца от положения центра масс Солнечной системы. Еще труднее надежно доказать, что поверхностные слои Солнца в состоянии колебаться в резонансе с гравитационным воздействием планет. Правда, было выяснено, что расположение планет может как-то сказываться на распределении активных областей в солнечной атмосфере. Но и этот эффект сами обнаружившие его исследователи не считают решающим. Короче говоря, точка зрения в данном случае такова: хотя Солнце само «виновато» в своей активности, но без планет не обойтись.

И хотя последний тип гипотез о происхождении солнечной цикличности, явно тяготеющий к первому, все еще продолжает привлекать внимание (правда, в основном любителей астрономии), особенно сильное развитие за последние десятилетия получила разработка моделей, связанных непосредственно с процессами, происходящими внутри самого Солнца. Прежде чем перейти к их рассмотрению, стоит упомянуть еще об одной гипотезе, которая при всей ее экстравагантности не лишена смысла, тем более, что она, в отличие от других гипотез внешнего происхождения солнечной активности, имеет физическое обоснование. Известно, что, в отличие от других планет Солнечной системы, Юпитер выделяет из своих недр значительную энергию и в этом отношении больше напоминает звезду, чем планету. Так вот, если допустить, что когда-то Солнце и Юпитер составляли единую физически двойную звездную систему, то можно полагать, что солнечная активность, и особенно ее средний период,- эта та память, которую Юпитер оставил Солнцу, дабы оно «никогда не забывало о былом их родстве». Конечно, это очень любопытная гипотеза. И все же к ней понадобится обратиться только в том случае, если само наше дневное светило не позволит нам объяснить сущность солнечной активности.

Поскольку, как мы уже знаем, на Солнце очень важную, если не определяющую роль играют магнитные поля, чисто гидродинамическая модель солнечной активности не могла выдержать испытания временем. И действительно, более 35 лет назад появилась первая магнитогидродинамическая гипотеза о происхождении солнечных циклов. Она же поставила перед сторонниками внутренней обусловленности солнечной активности еще один вопрос: в каком именно месте в Солнце расположен ее источник? Бьеркнесс считал, что он находится в подфотосферной зоне. Создатель первой магнитогидродинамической модели солнечной активности, основоположник космической электродинамики шведский ученый X. Альвен, как истинный творец нового направления, начал с того, что отказался от всего (в том числе и ценного) внесенного в эту проблему гидромеханиками, и поместил источник солнечной активности в ядро Солнца, которое он считал конвективным. В дальнейшем эта гипотеза подверглась ожесточенной критике за произвольность многочисленных допущений, лежащих в ее основе. Ныне от нее ничего не осталось, кроме магнитогидродинамических волн, пли волн Альвена (Согласно Альвеиу, магнитогидродинамические волны - это колебания магнитных силовых линий, представляющих собой своего рода «овеществленные» струны, к которым «приклеена» проводящая жидкость.), привлекаемых к объяснению многих явлений солнечной активности. Но в данной модели впервые были применены к Солнцу принципы магнитной гидродинамики и тем самым положено начало новому этапу в физических исследованиях нашего дневного светила.

Все же дальнейшая разработка магнитогидродинамических гипотез о происхождении солнечной цикличности пошла не по этому пути. Создатели их вновь обратились к подфотосферной конвективной зоне как источнику солнечной активности. Основное содержание таких гипотез и наиболее полной из них, названной ее авторами динамо-теорией солнечного цикла, будет детально рассмотрено в следующем разделе. Пока же мы ограничимся только несколькими замечаниями по поводу этих моделей. Хотя самая ранняя из них, модель американского исследователя Солнца X. Бэбкока, является чисто феноменологической, она охватывает наиболее широкий круг явлений в солнечной атмосфере. Поэтому она послужила основой не только для динамо-теорий солнечных циклов, но и для позднее разработанной австралийским астрофизиком Дж. Пиддингтоном противоположной ей точки зрения. Это обстоятельство и определило поразительную живучесть модели Бэбкока. Вот уже тридцать лет она сохраняет свою силу в самых главных своих положениях, хотя и подверглась естественному уточнению в некоторых деталях.

В дальнейшем разработка подобного рода моделей солнечного цикла становилась все более математической ц в конечном итоге свелась к строгому решению уравнений магнитной гидродинамики в линейном приближении. А в самое последнее время делаются попытки устранить и эту ее нестрогость.