Внутренний ритм Солнца изменился за 40 лет: магнитная активность сжимается у поверхности

От редакции. Солнце имеет собственный внутренний «биоритм» — 11-летние циклы магнитной активности, которые определяют космическую погоду вокруг Земли. За последние 40 лет этот ритм таинственным образом изменился. Исследователи, использующие технику гелиосейсмологии (прослушивание звуковых волн внутри звезды), обнаружили: магнитная активность Солнца с каждым циклом сжимается во всё более мелкий и мелкий слой под поверхностью. Текущий 25-й цикл показывает особенно сильные признаки этих изменений. Традиционные измерения (пятна, вспышки, выбросы) рисуют один портрет Солнца. Гелиосейсмология — другой. Мы собрали данные 40-летних наблюдений и задали вопрос: если внутренние процессы звезды перестраиваются так, что связь между ними и поверхностными проявлениями меняется за три цикла — то что это означает для прогнозов космической погоды, от которых зависят спутники, связь и энергосистемы Земли?

Активность Солнца поднимается и падает в 11-летних циклах. Вспышки, выбросы заряженных частиц, корональные выбросы массы — всё это порождает геомагнитные бури и полярные сияния. Источник этой активности лежит глубоко внутри звезды — в процессах, которые восстанавливают и перестраивают магнитное поле. Понимание того, что движет солнечным циклом, необходимо для прогнозирования космической погоды, которая может нарушать работу спутников, связи, GPS-систем и энергосетей на Земле.

Традиционные измерения солнечной активности отслеживают выбросы и поверхностные явления, такие как пятна. Они не заглядывают под поверхность. Техника гелиосейсмологии — прослушивание крошечных звуковых волн внутри Солнца — позволяет это делать. Отслеживая изменения в скрытой от глаз солнечной недрах, исследователи получили иную картину активности звезды за последние циклы.

Международная группа учёных использовала почти 40 лет гелиосейсмических данных с шести телескопов по всему миру, объединённых в Бирмингемскую сеть солнечных колебаний (BiSON). Они обнаружили постепенное изменение структуры прямо под поверхностью Солнца, которое охватило несколько циклов. Текущий 25-й солнечный цикл демонстрирует особенно сильные признаки этих изменений.

Магнитная активность Солнца с каждым циклом сжимается во всё более мелкий слой прямо под видимой поверхностью. Это указывает на долгосрочные изменения в активном поведении звезды.

Ведущий автор исследования профессор Билл Чаплин из Бирмингемского университета заявил: «У Солнца есть свой собственный "активный биоритм", создающий поднимающуюся и падающую магнитную активность, которая формирует космическую погоду. Но традиционные поверхностные измерения не отражают полной картины — Солнце, возможно, входит в иную модель поведения, которая разворачивается десятилетиями. Мы обнаружили свидетельства систематических изменений в цикле солнечной активности. Ключевой момент: с каждым циклом магнитная активность становится всё более плотно сконцентрированной вблизи поверхности. Это первое такое открытие, и оно было бы невозможно без долгосрочных наблюдений BiSON».

Исследователи проанализировали p-модовые колебания — глобальные звуковые волны внутри Солнца, чьи частоты смещаются в ответ на магнитную активность. Это позволило им определить, как внутренняя структура Солнца менялась на протяжении 22–25-го солнечных циклов (с 1987 по 2025 год). Они сгруппировали колебания в низко-, средне- и высокочастотные полосы, чтобы исследовать разные глубины под поверхностью. Затем они сравнили эти частотные сдвиги с традиционными измерениями солнечной активности и сделали три вывода.

Первый: связь между частотами колебаний и традиционными показателями активности значительно изменилась начиная с 23-го цикла. Это указывает на долгосрочную эволюцию внутренних процессов Солнца.

Второй: комбинированное поведение низко-, средне- и высокочастотных мод показывает, что структурные изменения, вызванные солнечным циклом, становятся всё более ограниченными мелкими слоями — в пределах 1000 километров от поверхности Солнца.

Третий: 25-й цикл выглядит слабее в традиционных поверхностных индикаторах, но сопоставимо силён при взгляде через высокочастотные гелиосейсмические данные.

Профессор Сарбани Басру из Йельского университета пояснила: «Мы обнаружили, что связь между внутренними солнечными колебаниями и поверхностной активностью эволюционировала за последние несколько циклов. Эту тенденцию нельзя объяснить просто более слабыми магнитными полями. Она указывает на структурную реорганизацию того, как магнитная активность Солнца хранится под поверхностью».

Продолжающийся сбор и анализ данных BiSON до конца 25-го цикла и в предстоящем 26-м цикле будет критически важен для определения того, указывают ли обнаруженные изменения активности Солнца на устойчивое, систематическое изменение в магнитном поведении звезды.

Вопрос остаётся открытым. Если внутренние процессы звезды перестраиваются так, что связь между ними и поверхностными проявлениями меняется за три цикла, то насколько надёжны прогнозы космической погоды, основанные только на поверхностных измерениях? И что произойдёт с космической погодой вокруг Земли, когда сжатие магнитной активности достигнет предела?