Czeka nas zmiana długości cyklu słonecznego? Dawniej zdarzyło się to w zimnej epoce

Słońce to najlepiej poznana gwiazda w znanym nam kosmosie. Nie jest to zaskoczeniem, wszak towarzyszy nam cały czas i jest oddalona jedynie o 8 minut świetlnych. Za dnia możemy ją obserwować z Ziemi, nocą choć jej nie widać, to zadanie spoczywa na obserwatoriach kosmicznych, które zresztą badają Słońce nieustannie. Dziś działa 20 słonecznych misji orbitalnych, z użyciem 27 pojazdów kosmicznych. Prawie tyle samo jest na etapie planowania lub analizy użyteczności.

Po lewej kosmiczne obserwatorium Parker Solar Probe, a po prawej zautomatyzowany teleskop słoneczny HELIOS w Chile.

Słońce, a dokładnie świadectwa jego aktywności badają najdalsze sondy w kosmosie, słynne ostatnio Voyagery, ale też ta, która bije rekordy zbliżenia się do powierzchni Słońca, czyli Parker Solar Probe. Mamy pojazdy na orbicie wokółziemskiej, wokółsłonecznej, wokół bieguna Słońca (Solar Orbiter). Studenci astronomii poznają podczas nauki tajemnice naszej dziennej gwiazdy, uczą się przewidywać jej zachowanie, wnioskować o jego przyszłości.

Słońce znane jest nam dobrze, ale to wciąż bardzo ogólny obraz

Słońce wydaje się znanym dość dobrze, nie tylko z perspektywy laika. Wiemy, że ma około 4,6 miliarda lat, że będzie jeszcze co najmniej drugie tyle istnieć jako normalna gwiazda nim stanie się olbrzymem, pochłonie Merkurego i Wenus, a być może także Ziemię, a potem po odrzuceniu zewnętrznych warstw i utworzeniu z nich mgławicy planetarnej stanie się powoli stygnącym białym karłem.

Tak według nas wygląda Słońce w przekroju. W środku mamy jądro, otoczone strefą, w której energia wytworzona w jądrze jest przenoszona promieniście, zewnętrzną otoczkę tworzy strefa konwekcyjnego transportu energii. Na zewnątrz jest atmosfera Słońca, która składa sie między innymi z fotosfery, czyli tej powierzchni, którą jesteśmy w stanie zobaczyć obserwując Słońce w świetle widzialnym, a nad nią chromosfery i jeszcze bardziej zewnętrznej korony słonecznej. (fot: ESA)

To jednak bardzo ogólny obraz życia Słońca, bo w bardzo długiej skali. Dla nas ważne jest też to jak zachowuje się ono w skali czasowej, w jakiej istnieje ludzkość, a nawet w krótszych przedziałach czasowych. Dzięki obserwacjom aktywności Słońca, które prowadzone są co najmniej od około 400 lat, a które polegają na zliczaniu tzw. plam słonecznych, udało się wyznaczyć długość trwania cyklu słonecznego. To czas, w którym Słońce przechodzi od fazy spokoju do fazy wzburzenia, które objawia się większą liczbą wyrzutów materii, aktywniejszym wiatrem słonecznym. Te czynniki wpływają na tzw. pogodę kosmiczną, która determinuje to co dzieje się na Ziemi. Teraz, w czasach cywilizacji technicznej, te słoneczne humory mają jeszcze dobitniejszy wpływ, zakłócając działanie ziemskiej komunikacji, w tym satelitów GPS, sieci energetycznych, a nawet prowadzą do uszkodzenia satelitów. Niedawno udało się zaobserwować wpływ koronalnego wyrzutu materii ze Słońca zarówno na Ziemi jak i w okolicy Księżyca oraz Marsa.

Wciąż próbujemy dokładnie wyjasnić wiele rzeczy - mechanizmy, które prowadzą do transportu energii w Słońcu i jego otoczeniu, dynamikę wiatru słonecznego, sposób powstawania pola magnetycznego, erupcji na powierzchni Słońca. Nie wiemy nawet jaka dokładnie jest budowa wewnętrzna Słońca. To czego się trzymamy to najlepszy znany nam model, ale wciąż takie detale jak dokładne proporcje pierwiastków, które tworzą Słońce, podlegają dyskusji.

Ile trwa cykl słoneczny?

Istnienie cyklu słonecznego to jedna z tych zagadek, które wciąż czekają na rozwiązanie. Co sprawia, że Słońce wykazuje zmienność aktywności, poza tym, że jest ona związana z polem magnetycznym, dlaczego dzieje się to akurat w tak oryginalnej skali czasowej? Wiemy, że co 11 lat, w pobliżu maksimum cyklu, słoneczne pole bieguny magnetyczne zamieniają się miejscami. Po około 5,5 roku w minimum aktywności mamy zmianę cyklu, a po kolejnych około 5,5 roku kolejne maksimum. I tak dalej.

Zdjęcia Słońca wykonane w ultrafiolecie z orbity przez satelitę SOHO w latach 1996 - 2015, które pokazują zmienność aktywności słonecznej narzuconą przez cykl słoneczny. (fot: ESA)

Dotychczas astronomowie byli przekonani, że stabilność czasu trwania cyklu słonecznego pozwala dobrze przewidywać moment kolejnych maksimów i minimów aktywności. Obecne maksimum aktywności słonecznej zbliża się jednak znacznie szybciej niż to wyliczono w czasie poprzedniego minimum w 2019 roku.

Słońce już teraz wykazuje bardzo dużą aktywność i nie możemy być pewni co do stałości tego 11 letniego cyklu (tak naprawdę to średnia długość, którą cykl wykazuje od dawna, czasem zdarzają się pewne odstępstwa). Na dodatek ciekawe zapiski koreańskich astronomów sprzed kilkuset lat sugerują, że Słońce już miewało takie krótsze cykle. I co jeszcze ciekawsze, wtedy zachowywało się jeszcze inaczej.

Minimum Maundera sprzed ponad 300 lat

Kilkadziesiąt lat na przełomie XVII i XVIII wieku były czasem, który w historycznych zapiskach figuruje jako okres tak zwane minimum Maundera. W tym czasie aktywność słoneczna była bardzo niewielka, a liczba plam słonecznych tysiąc razy w czasie słonecznych cykli mniejsza nawet tysiąc razy niż przeciętnie. Można powiedzieć, ze prawie ich nie było.

Historia pomiarów liczby plam słonecznych od 1600 roku do dziś. Od połowy XVIII wieku liczymy cykle słoneczne, obecnie mamy 25 cykl i zbliżamy się do jego maksimum. (fot: Wikimedia)

To minimum miało miejsce w czasie tak zwanej Małej Epoki Lodowej, około 400 letniego okresu obniżenia średniej temperatury na Ziemi w stosunku do czasu wcześniejszego i późniejszego. Zmiana była niewielka, jeszcze mniejsza niż ta, którą dziś wiążemy ze zmianami klimatycznymi wywołanymi przez rozwój cywilizacji technicznej, ale na tyle istotna, by znaleźć odzwierciedlenie w zapiskach, a nawet literaturze, jako czasy wyjątkowo srogich zim.

Plamy słoneczne w 2014 roku (było to drugie z maksimów, w podwójnym maksimum 24 cyklu słonecznego), jedne z największych jakie kiedykolwiek obserwowano. (fot: NASA/GSFC)

Trudno bezpośrednio powiązać słabszą aktywność Słońca z niższymi średnimi temperaturami na Ziemi, gdyż są inne nawet bardziej sensowne wyjaśnienia (aktywność wulkaniczna, zmiany prądów oceanicznych), ale okres minimum Maundera owocował w coś co być może teraz obserwujemy, czyli skrócenie czasu trwania cyklu słonecznego.

Krótszy cykl słoneczny? Tak już się zdarzyło

Skoro maksimum obecnego cyklu ma nastąpić miesiące przed spodziewanym terminem lipca 2025 roku, można założyć, że i cały cykl ulegnie przesunięciu w czasie. Jeśli faktycznie maksimum nastąpi rok wcześniej, a powrót do minimum będzie również szybszy, to obecny cykl słoneczny mógłby być krótszy niż przyjmowane obecnie 11 lat. To oczywiście tylko sugestia, ale warto zwrócić uwagę na zapisy z Korei z czasów minimum Maundera.

Przykładowy dokument opisujacy obserwacje w XVII wieku, który był przedmiotem analizy i tłumaczenia. (źródło: https://doi.org/10.1029/2020JA028763)

Są to opisy aktywności zórz polarnych (istnieje anomalia magnetyczna, która umożliwia obserwacje zórz z regionu Korei, nawet w czasie obniżonej aktywności Słońca), z których grupa historyków astronomii wywnioskowała, że cykle słoneczne na przełomie XVII i XVIII wieku trwały nie 11 lat, a jedynie 8 lat.

Czy czeka nas powtórne ochłodzenie? Niekoniecznie

Potencjalne skrócenie długości cyklu słonecznego mogłoby z początku skłonić do wniosku, że czeka nas ochłodzenie, gdyby nie fakt, że 300 lat temu był to okres wyjątkowo małej aktywności Słońca, a teraz mamy cos dokładnie odwrotnego. Choć nie jest to jeszcze tak duża aktywność z jaką w historii znanych pomiarów mieliśmy do czynienia. Dlatego nie zacierajmy rąk w nadziei, że Słońce przyjdzie nam z pomocą i pomoże w walce z rosnącą średnią temperaturą na Ziemi. To problem, z którym musimy poradzić sobie sami.

To co udało się odkryć z dawnych kronikach i to co dziś obserwujemy na Słońcu dowodzi jak dużo tajemnic skrywa jeszcze nasza dzienna gwiazda. I jak zagadkowym jest zjawisko cyklu słonecznego. Skoro przewidywania daty maksimum obecnego, 25 maksimum, odkąd prowadzone są regularne statystyki, mogą być obarczone błędem, to i korekta być może nie jest dobrze wyliczona.

Źródło: science, ESA, space.com, inf. własna