Чи постійна сонячна постійна?
Стаття написана Павлом Чайкою, головним редактором журналу «Пізнавайка». З 2013 року з моменту заснування журналу Павло Чайка присвятив себе популяризації науки в Україні та світі. Основна мета як журналу, так і цієї статті – пояснити складні наукові теми простою та доступною мовою.
Сонце завжди «дорівнює саме собі». У нього не буває зміни настроїв, протягом будь-якого досить тривалого відрізка часу воно виливає в навколишній простір в середньому однакову кількість енергії. Отже, перед нами постійна величина, константа, на яку можна покластися. Так, принаймні, вважалося багато років. Навіть відомі перепади в «настрої» Сонця, скажімо, одинадцятирічний цикл сонячної активності, повторюються з невблаганною закономірністю. І хоча інший цикл триває всього сім з половиною років, а інший розтягується на всі дванадцять, але в середньому за багато років циклічність витримується. Добре налагоджена гігантська машина природи то поцятковує обличчя світила плямами, то стирає їх з винятковою регулярністю. Все це діє якось заспокійливо, чи не так?
Але ось з’явився порушник астрономічного спокою. Науковий співробітник Національного центру атмосферних досліджень в Боулдері (штат Колорадо) Джон Едді зібрав ціле «досьє» на Сонце, всі історичні (і мало не доісторичні) свідчення про його поведінку. І з’ясувалася досить цікава картина. Ось, скажімо, часи не дуже віддалені – XVII і XVIII століття. Цілі сімдесят років поспіль, між 1645 і 1715 роками, на Сонці практично не було плям!
Дивна, виняткова аномалія? Але подальші дослідження показали, що аномалії в активності Сонця відзначалися між 1460 і 1550 роками, і ще раніше — приблизно між 1100 і 1250-р. Про це судять, правда, за непрямими ознаками, але судять досить-таки впевнено.
Правда, ще до Едді лунали подібні голоси. Так, відомі свого часу астрономи – німець Г. Шперер в 1887 році і Е. У. Мондер з Грінвіча в 1894 році — звертали увагу вченого світу на той факт, що часом плям на Сонці не бувало цілими десятиліттями. Але їхні колеги і слухати не хотіли: «Просто у нас немає достатньо даних»,— твердили вони. Але, можливо, правий один сучасний нам дотепник, який стверджує, що відсутність свідчень ще не є свідченням відсутності чого-небудь.
З часів Шперера і Мондера у фахівців з’явилися ці самі свідчення. Наприклад, був складений досить повний каталог полярних сяйв, що охоплює мало не два тисячоліття. Відомий адже прямий зв’язок полярних сяйв з усім, що відбувається на Сонці: коли воно дуже вже активно, ці сяйва перестають бути тільки полярними і прикрашають собою небеса аж ніяк не у високих широтах. Дев’ятнадцять століть тому над італійським містом Остією раптом розігралося Полярне сяйво. Римський легіон був піднятий по тривозі і відправлений за десятки кілометрів… гасити пожежу небаченої сили. Звичайно ж, таке свідчення високого рівня активності світила не залишилося незареєстрованим істориками стародавнього Риму, хоча «винуватця» цієї події вони і не знали.
У новітньому каталозі зібраний, нарешті, повний обсяг літописних свідчень: тут і древній русич, який дивувався тому, що «бисть за Сонцем плями, аки цвяхи», середньовічний китайський філософ, який побачив там «дракона», і скандинавський напівмонах-напіввікінг, що повідомляє, звичайно ж, про «битву на небесах».
Сучасні об’єктивні методи дозволяють судити про минулу поведінку Сонця і за змістом різних радіоактивних ізотопів в глибоких шарах антарктичного льодовика, і по кільцях в стовбурі тисячолітнього дерева.
Все це змусило Джона Едді струсити пил забуття з тверджень Шперера і Мондера і представити їх в Новому Світі суду маститих — симпозіуму з сонячно-земних зв’язків.
Головуючий – відомий фахівець Джордж Філд, директор астрофізичного центру в Кембриджі Массачусетському, ледь давши договорити Едді, звернувся до учасників: «хто з вас, джентльмени, може тепер спростувати, що між 1645 і 1715 роками плям на Сонці майже не було?» Мовчання було відповіддю: дійсно, стало очевидно, що за всі 70 років лик світила спотворювався меншим числом «оспин», ніж нині буває за один лише рік, а майже половину цього періоду (з 1672 по 1704 рік) в Північній півкулі Сонця просто не було жодної плями — зовсім!
Якщо хто-небудь скаже, що тодішнім астрономам, мовляв, просто нічим було їх спостерігати, той серйозно помилиться. Галілей залишив нам відмінні замальовки сонячних плям, його польський колега Гевелій – теж. До речі, Гевелію особливо пощастило – він в 1643 році зареєстрував останні плями перед настанням горезвісного мінімуму, названого Мондерівським.
Зазвичай за півстоліття тільки в Європі спостерігається не менше трьохсот, а іноді і більше тисячі полярних сяйв. Але ось повні дані за 1640-1700 роки: сяйв майже немає. Коли, нарешті, в 1716 році в небі над Лондоном вперше за 63 роки спалахнула «нічна Зоря», сам Едмунд Галлей написав велику роботу про це явище, тепер вона вважається класичною. Великому астроному тоді «стукнуло» шістдесят, але це було перше Полярне сяйво в його житті.
Є у Сонця і ще один «літописець» – вельми об’єктивний. Коли з галактичних далей до нас доходить потік космічних променів, частинки, їх складові, вступають у взаємодію з двоокисом вуглецю в земній атмосфері. В результаті народжується ізотоп вуглецю С-14.
Все суще на Землі, в тому числі і дерево, поглинає цей ізотоп з повітря. Коли дерево вмирає, С-14 починає розпадатися, строго дотримуючись певного темпу. Ця його властивість використовується для радіоактивного датування, тобто для визначення, коли дерево жило, до якої епохи відносяться предмети, знайдені поруч.
Але ж сонячна активність впливає на потоки космічних променів — стримує їх запал, блокує, намагаючись не пустити в межі своєї системи, не дати прорватися до ближніх планет. Коли Сонце особливо активно, в нашій атмосфері утворюється мало С-14, а значить, і менше його поглинають дерева; коли світило зменшує свою діяльність, С-14 стає більше. Так в руках вчених виявився надійний спосіб встановлювати ступінь активності сонця в минулому.
Коливання С-14, назване на честь відкривача цього явища флуктуацією Девріє, з 1958 року, коли воно було виявлено, не раз служило хорошу службу. Ось і тепер воно висловилося на користь осміяного колись Мондера: дійсно, на період сонячного мінімуму «його імені» в 1640-1720 роках припадає максимум С-14 в стовбурах дерев: кількість цього ізотопу на 20 відсотків перевищує середню багаторічну величину.
Коротше кажучи, всі свідчення зводяться воєдино: за останнє тисячоліття Сонце вело себе аномально три рази — в XVII—XVIII століттях (Мондерівський мінімум) і в 1460-1550 роки (Шперерівський мінімум) воно було надзвичайно пасивним, а в період з XII по початок XIII століття, навпаки, відрізнялося надмірно високою активністю. Правда, ми поки не можемо сказати, чи є ці «злети і падіння» частинами якогось величезного циклу, – тут «око людей обривається куце», як сказав поет. А геофізик висловиться сухіше: «ряд спостережень недостатньо довгий».
Але чи не занадто все це абстрактно, чи є у таких фактів якась практична значимість? Виявляється, за дебатами на тему, «чи постійна сонячна постійна», з напруженою увагою стежать кліматологи, метеорологи, гляціологи і багато інших представників наук про Землю. Відомий кліматолог Стівен Шнайдер з Центру атмосферних досліджень присвятив цій проблемі мало не цілу книгу, в якій він зі стриманою пристрастю закликає астрономів, нарешті, визначити кількість вироблюваної Сонцем енергії з точністю хоча б до 0,1 відсотка. Не чекаючи цього, він вже не бажає називати цю величину «постійною», а вводить нейтральний термін «сонячний параметр».
А поки те, що вже відомо про минуле світила, зіставляється з минулим Землі. Мондерівскій мінімум, як з’ясувалося, досить точно збігається з найхолоднішим періодом Малої льодовикової епохи, яка обрушилася на наших прадідів в XVII столітті, а Шперерівський — з іншим значним похолоданням. У XIII столітті було потепління – знову ж близьке за часом з тодішнім максимумом сонячної активності. Що ж буде далі? Як то кажуть, поживемо-побачимо. Все залежить від того, чи постійна, врешті-решт, ця горезвісна Сонячна постійна.
Автор: Б. Силкін.