Его действие никак не зависит от деятельности человека. Несмотря на то что солнечное излучение характеризуется удивительным постоянством, некоторые флуктуации всё же были выявлены, а именно обнаружены 11-летние и 24-летние циклы солнечной активности. Но кроме них существуют и другие колебания, которые пока мало изучены. В их числе и так называемый минимум Маундера (Маундеровский минимум).
Влияние солнечной активности на климат
Солнечная активность оказывает заметное влияние на климат в течение относительно коротких промежутков времени. В результате возникают климатические флуктуации. При увеличении солнечной активности возрастает приток коротковолнового ультрафиолетового излучения и космических частиц. Общее количество поступающей на Землю солнечной энергии также немного увеличивается. Более значительным может быть опосредованное влияние роста солнечной активности на климат через увеличение количества высоких перистообразных облаков, которые усиливают парниковый эффект.
Связь солнечной активности и климата была подтверждена в ходе различных наблюдений и исследований. Также установлена зависимость между состоянием солнца и количеством войн, эпидемий, аварий и несчастных случаев.
Особенности Маундеровского минимума солнечной активности
Минимумом Маундера называют глубокий спад активности Солнца, который наблюдался с 1645 до 1715 год. Во время Маундеровского минимума многократно уменьшилось количество солнечных пятен, а магнитное поле солнца ослабло. Вместо нормальных 50 тысяч наблюдалось всего 50 пятен.
Маундеровский минимум не вписывается в обычный солнечный цикл и имеет гораздо большую продолжительность. Его начало было очень резким, а завершение, напротив, происходило постепенно. Глубокая фаза минимума пришлась на 1645-1700 гг.
Во время минимума значительно снизилась интенсивность полярных сияний и скорость вращения Солнца вокруг своей оси.
Климатические особенности периода
Маундеровский минимум считается наиболее холодной эпохой в современной истории человечества. Он является дном Малого ледникового периода. При этом многие учёные считают падение солнечной активности недостаточным фактором для серьёзных климатических изменений. В качестве причин похолодания называют также частые вулканические извержения и ослабление океанической циркуляции. Тем не менее в этот период глобальная температура снизилась примерно на полградуса, а зимой стало холоднее на 1,0-1,5 о С.
Низкие температуры приводили к выпадению снега и заморозкам в летние месяцы, а зимой такие реки, как Темза и Дунай, были покрыты прочным льдом, что позволяло использовать их для ярмарок и катания на санках. В отдельные годы замерзал даже пролив Босфор, частично покрывалось льдом обычно тёплое Адриатическое море.
Во Франции и Германии морозы стояли всю зиму, отмечались даже случаи замерзания птиц на лету. В летописях приводятся записи об ужасных последствиях сильных морозов в России: большое количество людей погибало от обморожения, у многих отмерзали уши, конечности, у лошадей лопалась шкура, а на деревьях трескалась кора. Как и в Европе, отмечалась гибель птиц на лету. Но при этом далеко не каждая зима была столь суровой.
Во всём мире быстро наступали ледники, а жители Гренландии были вынуждены покинуть свои земли и перебраться на материк.
Экономические последствия
Маундеровский минимум температуры негативно отразился на сельском хозяйстве и привел к многочисленным неурожаям и голоду. В России это была эпоха правления Петра 1. Из-за низких температур деревья образовывали более плотную древесину. Такое обстоятельство положительно сказалась на творчестве знаменитого скрипача Антонио Страдивари, который изготавливал скрипки из ели.
Может ли повториться подобное явление в близком будущем?
Некоторые учёные считают, что изменения на Солнце в последние годы указывают на возможность повторения событий Маундеровского минимума в ближайшие десятилетия. И действительно, последний солнечный цикл был самым слабым за много десятилетий. Однако пока ничего похожего на события того времени не наблюдается. К тому же, даже если подобный минимум повторится, это будет скорее уже на благо человечеству, поскольку позволит компенсировать некоторую часть ожидаемого глобального потепления.
Вместе с тем, по некоторым прогнозам, снижение солнечной активности будет сочетаться с ростом частоты вулканических извержений, которая в последние 100 лет была довольно низкой. Если это произойдёт, то возможно более глубокое снижение температур, неблагоприятные последствия для мировой экономики и другие негативные последствия.
Но пока ситуация совсем иная. Наблюдается быстрый рост глобальной температуры, который никак не вписывается в подобные сценарии, делая их крайне маловероятными.
Астронома Эдварда Уолтера Маундера ( -), обнаружившего это явление при изучении архивов наблюдения Солнца .
По подсчётам Маундера, за этот период наблюдалось всего около 50 солнечных пятен вместо обычных 40-50 тысяч. При этом подавляющее большинство пятен возникало в южном полушарии Солнца. В дальнейшем падение солнечной активности в указанный Маундером период было подтверждено анализом содержания углерода-14 , а также некоторых других изотопов , например бериллия-10 , в ледниках и деревьях. Такой анализ позволил выявить 18 минимумов активности Солнца за последние 8000 лет, включая минимум Шпёрера ( -) и минимум Дальтона ( -). Также, по некоторым данным, во время Маундеровского минимума наблюдалось падение интенсивности полярных сияний и скорости вращения Солнца.
Минимум Маундера совпадает по времени с наиболее холодной фазой глобального похолодания климата , отмечавшегося в течение XIV -XIX веков (так называемый малый ледниковый период). Однако непосредственная связь между двумя этими событиями оспаривается - многие учёные считают, что незначительный уровень падения солнечной активности не позволяет объяснить глобальное похолодание только этой причиной.
Интересно, что период уменьшения активности Солнца (1645-1715) совпал довольно точно с периодом правления короля-Солнца Людовика XIV (1643-1715).
Напишите отзыв о статье "Минимум Маундера"
Ссылки
|
|||||||||||||||||||||||||||||
Отрывок, характеризующий Минимум Маундера
– Завтра я уже буду в другом, более спокойном месте. И надеюсь, Караффа обо мне на время забудет. Ну, а как же вы, мадонна? Что же станет с вами? Я не могу помочь вам из заключения, но мои друзья достаточно влиятельны. Могу ли я быть полезным вам?– Благодарю вас, монсеньёр, за вашу заботу. Но я не питаю напрасных надежд, надеясь отсюда выйти... Он никогда не отпустит меня... Ни мою бедную дочь. Я живу, чтобы его уничтожить. Ему не должно быть места среди людей.
– Жаль, что я не узнал вас раньше, Изидора. Возможно, мы бы стали добрыми друзьями. А теперь прощайте. Вам нельзя здесь оставаться. Папа обязательно явится пожелать мне «удачи». Вам ни к чему с ним здесь встречаться. Сберегите вашу дочь, мадонна... И не сдавайтесь Караффе. Бог да пребудет с вами!
– О каком Боге вы говорите, монсеньёр? – грустно спросила я.
– Наверняка, уж не о том, которому молится Караффа!.. – улыбнулся на прощание Мороне.
Я ещё мгновение постояла, стараясь запомнить в своей душе образ этого чудесного человека, и махнув на прощание рукой, вышла в коридор.
Небо развёрзлось шквалом тревоги, паники и страха!.. Где находилась сейчас моя храбрая, одинокая девочка?! Что побудило её покинуть Мэтэору?.. На мои настойчивые призывы Анна почему-то не отвечала, хотя я знала, что она меня слышит. Это вселяло ещё большую тревогу, и я лишь из последних сил держалась, чтобы не поддаваться сжигавшей душу панике, так как знала – Караффа непременно воспользуется любой моей слабостью. И тогда мне придётся проиграть, ещё даже не начав сопротивляться...
Уединившись в «своих» покоях, я «зализывала» старые раны, даже не надеясь, что они когда-либо заживут, а просто стараясь быть как можно сильней и спокойнее на случай любой возможности начать войну с Караффой... На чудо надеяться смысла не было, так как я прекрасно знала – в нашем случае чудес не предвиделось... Всё, что произойдёт, я должна буду сделать только сама.
Бездействие убивало, заставляя чувствовать себя всеми забытой, беспомощной и ненужной... И хотя я прекрасно знала, что не права, червь «чёрного сомнения» удачно грыз воспалённый мозг, оставляя там яркий след неуверенности и сожалений...
— Расскажите, пожалуйста, подробнее про солнечную активность и о том, когда же будет ее минимум?
— Солнечная активность имеет циклический характер. Выделяют несколько циклов с различными периодами и свойствами. Самые известные из них — это 11-летний, 90-летний и 300-400-летний. 11-летний цикл проявляется как циклическое уменьшение пятен на поверхности Солнца каждые 11 лет. 90-летняя вариация связана с периодическим уменьшением количества пятен в 11-летних циклах на 50-25%. 300-400-летние минимумы связаны с возникновением каждые 300-400 лет длительного (до нескольких десятков лет) интервала времени, в течении которого пятен очень мало.
Самый известный минимум — это минимум Маундера, который длился примерно с 1645 по 1715 год. За этот период наблюдалось около 50 солнечных пятен вместо обычных 40-50 тысяч.
Основным результатом нашей работы, вызвавшей такое оживление среди общественности, является утверждение, что в период с 2030 по 2040 год начнется минимум солнечной магнитной активности. Данный результат был представлен в докладе на конференции Королевского астрономического общества в городе Лландидно (Уэльс) и готовится к публикации в журнале Nature. После доклада появилось огромное количество новостных статей о нашей работе во многих странах мира, в том числе и в России. К нам приходит большое количество писем от различных исследователей, студентов и даже писателей из разных стран.
Изображение Солнца 15 июля 2015 года на длине волны 304 ангстрема, полученное миссией NASA Solar Dynamics Observations. Источник: NASA / SDO
— Как вы получили этот результат?
— У нас есть ряд публикаций, где мы описали наши модели и методы исследования солнечной магнитной активности. Так, был предсказан минимум солнечной магнитной активности в цикле 26. В другой работе впервые была применена модель двух динамо для объяснения вариаций магнитного поля по широтам. Еще были статьи, где впервые применен метод принципиальной компоненты для анализа магнитного поля Солнца по магнитограммам, и где минимумы активности объясняются с помощью модели двойного динамо.
Мои коллеги применили «анализ главных компонент», который позволяет в наблюдательных данных выявить волны с самым большим вкладом. Такой метод можно сравнить с разложением белого света призмой на цвета радуги, или волны с разными частотами. В результате применения анализа для циклов 21-23 было обнаружено, что магнитные волны на Солнце генерируются парами и самая главная пара отвечает за дипольные изменения поля, которое наблюдается при изменении солнечной активности. Таким образом удалось выделить волны, которые отвечают простому физическому процессу: генерации динамо волны в заданном слое конвективной зоны Солнца. К полученным волнам был применен символический регрессионный анализ, основанный на Гамильтоновой инвариантности, и удалось получить аналитические формулы, описывающие эволюцию обеих волн.
Фактически мои коллеги получили формулу зависимости амплитуды волн и их фаз от времени. Затем эти формулы были использованы для предсказания активности в прошлом (от 1200 года) и будущем (до 3200).
Оказалось, что теоретическая эволюция магнитного поля дала для прошедших эпох глобальные минимумы солнечной активности, совпадающие с наблюдаемыми. Кроме этого, предсказание магнитной активности в 24-м цикле на основе этих формул дало 97-процентную точность при сравнении с наблюдениями, то есть с принципиальными компонентами, которые они вывели из наблюдений.
Относительно долгосрочного прогноза мы пока можем говорить, что аналог Маундеровского минимума будет в цикле 26, этот минимум будет короче чем предыдущий, он продлится в циклах 25-27, а потом активность будет расти. В XVII веке минимум Маундера тянулся 55-60 лет, этот будет не больше 30. Прогноз на тысячу лет редакция Nature запрещает пока показывать, так как статья еще не вышла. Моя работа заключалась в объяснении физики возникновения глобальных минимумов и эмпирически найденного закона. И эти модельные расчеты очень близки к характеристикам обнаруженных волн как в циклах 21-26, так и в 1000-летнем масштабе.
— Как получилось, что ваш прогноз является наиболее точным, ведь ваша группа не единственная, кто занимается прогнозированием солнечной активности?
— Так вышло, потому что у нас собралась удивительная команда соавторов, в которую входят и физики, и математики, и астрономы.
Почему это удалось нам сделать? Потому, что мы сначала поработали с данными, провели спектральный анализ общего магнитного поля Солнца, а не числа пятен, что сейчас используется для описания солнечной активности, и уменьшили их размерность.
Это дало возможность найти волны, которые соответствуют простому физическому процессу, и предложить новый метод предсказания солнечной активности. Мы показали, что индекс по пятнам может быть получен из двух волн, что мы нашли, если сложить эти волны вместе и найти их модуль.
А потом мы стали искать, какой же процесс сможет описать эти волны, и так пришли к динамо-теории с двумя слоями и меридиональной циркуляцией. В других группах исследователи использовали индекс солнечной активности по пятнам в последние 200 лет и по особенностям предыдущего цикла могут только предсказывать следующий цикл. Неудивительно, что они не смогли предсказывать лучше, чем один цикл, ведь они пытались предсказать одну волну, когда их две и используют только положительную часть этой волны.
— Расскажите подробнее про механизм, которым объясняется минимум активности Солнца. Как была построена эта теория? Насколько большой массив наблюдаемых данных лежит в основе вашей теории?
— Моя модель, объясняющая возникновение глобальных минимумов, основана на процессе генерации магнитного поля в звездах и планетах, который связан с работой механизма динамо. Аналогом действия этого механизма является работа динамо-машины. В отличие от теорий, в которых рассматривается одна волна магнитного поля, в моей теории было рассмотрено наличие двух волн магнитного поля, которые были найдены эмпирически. Моя теоретическая модель была построена на основе фундаментальных механизмов генерации магнитного поля Солнца, а сравнение результатов этой модели проводилось как с массивом наблюдаемых данных для магнитных полей за циклы 21-23, так и с наблюдаемыми данными солнечной активности в 1000-летнем масштабе. На этих масштабах мои модельные расчеты оказались очень близки к характеристикам солнечной магнитной активности. Моя модель объясняет наблюдаемые и прогнозируемые по этим данным процессы, но она была построена независимо от этих данных. Она их именно объясняет и воспроизводит особенности солнечной магнитной активности.
Иными словами, мною найдены физические законы, воспроизводящие эмпирические факты. Соответственно, моя модель объясняет и странности в поведении Солнца в текущем цикле активности, который получился аномально низким.
— Насколько холодным будет период из-за минимума активности Солнца? Можно ли сказать что-то более конкретное по этому поводу сейчас? Намерены ли вы обсудить результаты вашей работы с климатологами?
— Ряд исследований показал, что минимум Маундера совпал по времени с наиболее холодной фазой глобального похолодания климата, которое было названо малый ледниковый период. В Европе и Северной Америке были очень холодные зимы. Во времена минимума Маундера замерзала вода в русле рек Темзы и Дуная, Москва-река на каждые полгода покрывалась льдом, снег лежал на некоторых равнинах круглый год, Гренландия покрылась ледниками.
В настоящее время понижение температуры может привести к серьезному негативному влиянию на технику и сельское хозяйство.
Например, в статье 2010 года показано, что низкая солнечная активность во время минимума Маундера совпала с более суровыми зимами в Великобритании и континентальной Европе . Годом ранее на основе наблюдений в рамках программы NASA"s Solar Radiation and Climate Experiment показано, что солнечное ультрафиолетовое излучение более чувствительное к солнечному циклу, чем думали ранее .
Используя наблюдаемые данные о солнечном магнитном поле, мы сделали прогноз солнечной магнитной активности, подкрепленный построенной нами физической моделью генерации поля, и получили, что в 2030-2040 годах может возникнуть минимум, который будет длиться примерно 30 лет. Если существующие теории о влиянии солнечной активности на климат верны, то этот минимум приведет к значительному похолоданию, аналогичному тому, которое было во время минимума Маундера. Ввиду того, что наш будущий минимум продлится три солнечных цикла — примерно 30 лет, возможно, понижение температуры не будет таким глубоким, как в минимуме Маундера. Но это надо будет изучить детальнее. Мы сейчас находимся в переписке с климатологами из разных стран. Мы планируем работать в этом направлении.
— А можно ли, на ваш взгляд, уверенно говорить, что в изменении климата виновато исключительно Солнце, и антропогенный фактор с выбросами парниковых газов не имеет существенного значения?
— В ряде работ показана связь солнечной активности с климатом. Не существует строгого доказательства, что глобальное потепление вызвано активностью человека. За последние 400 тысяч лет было пять глобальных потеплений и четыре ледниковых периода, как показали исследования дейтерия в Антарктике. Человечество появилось примерно 60 тысяч лет назад. Однако даже если деятельность человека и влияет на климат, то можно сказать, что Солнце с новым минимумом дает человечеству дополнительное время, или второй шанс, чтобы человечество привело в порядок свои индустриальные выбросы и приготовилось к циклу 28, когда Солнце снова вернется к нормальному режиму активности.
— Расскажите именно про ваш вклад в работу.
— В данном коллективе я являюсь теоретиком, который построил физико-математическую модель для объяснения наблюдательных фактов. Мною разработана новая уникальная физико-математическая модель эволюции магнитной активности Солнца. С ее помощью мне удалось получить закономерности возникновения глобальных минимумов солнечной активности и дать им физическую интерпретацию. Таким образом, прогнозы, построенные по наблюдательным данным, оказались подтвержденными результатами независимого математического моделирования, что повышает их надежность.
Моя работа заключалась в объяснении физики возникновения глобальных минимумов и эмпирически найденного закона поведения волн магнитного поля. И эти модельные расчеты очень близки к характеристикам обнаруженных волн как в циклах 21-26, так и в 1000-летнем масштабе.
Мне удалось промоделировать изменение амплитуды и фазы двух волн, полученных в наблюдениях, а также промоделировать поведение суммарного магнитного поля Солнца.
— Я сотрудничаю с Валентиной Жарковой несколько лет. У нас с ней, Саймоном Шефердом и Сергеем Жарковым вышел ряд работ, посвященных солнечной активности.
Валентина Жаркова — профессор математики, занимается солнечной плазмой и солнечной активностью. Жаркова училась в Киевском университете и там работала до переезда в Глазго. Потом она стала читать лекции в Брэдфорде и с 2005-го является профессором. С 2013-го работает в Нортумбрийском университете (Англия).
Саймон Шеферд — профессор математики Брэдфордского университета. Он бывший военный моряк. В Брэдфорд пришел 25 лет назад.
Доктор Сергей Жарков — доцент Университета в Галле, победитель математической олимпиады в 1991 году, закончил Кембриджский университет, математик и физик в области солнечной активности, занимается гелио- и астросейсмологией, а также автоматизированным распознаванием образов. Он начал изучение солнечной активности, создал каталог особенностей солнечной активности, потом сделал первое сравнение магнитных полей Солнца с солнечными пятнами. Эта работа воодушевила Жаркову и Шеферда сделать «анализ принципиальной компоненты», так как они увидели много волн в наблюдательных данных, которые мешали понять, что на самом деле мы наблюдаем. Затем полученные методы были применены к прогнозу солнечной активности.
— Расскажите, пожалуйста, про себя. Вы закончили физический факультет? Как вы стали заниматься гидродинамикой Солнца?
— Я закончила физический факультет МГУ. На младших курсах занималась экспериментальной нейрофизиологией. Диплом и кандидатская диссертация посвящены теории и моделированию генерации магнитного поля в звездах и планетах. Сейчас моя научная деятельность связана не только с магнитными полями в небесных телах, год назад я начала работать в области физики галактических космических лучей совместно с учеными из НИИЯФа и США.
Кроме того, я занимаюсь научной деятельностью в области теории высших спинов, описывающей фундаментальные взаимодействия. Эта теория поля, обладающая максимально высокой калибровочной симметрией. Сейчас учеными ожидается, что теории этого класса позволят по-новому взглянуть на теорию суперструн, которая считается основным кандидатом на роль теории фундаментальных взаимодействий.
Пользуясь случаем, хотела бы пригласить на кафедру физики космоса на физическом факультете тех студентов, кто хочет заниматься тематикой солнечной активности или галактических космических лучей.
Получил название по имени английского астронома Эдварда Уолтера Маундера ( -), обнаружившего это явление при изучении архивов наблюдения Солнца .
По подсчётам Маундера, за этот период наблюдалось всего около 50 солнечных пятен вместо обычных 40-50 тысяч. При этом подавляющее большинство пятен возникало в южном полушарии Солнца. В дальнейшем падение солнечной активности в указанный Маундером период было подтверждено анализом содержания углерода-14 , а также некоторых других изотопов , например бериллия-10 , в ледниках и деревьях. Такой анализ позволил выявить 18 минимумов активности Солнца за последние 8000 лет, включая минимум Шпёрера ( -) и минимум Дальтона ( -). Также, по некоторым данным, во время Маундеровского минимума наблюдалось падение интенсивности полярных сияний и скорости вращения Солнца.
Минимум Маундера совпадает по времени с наиболее холодной фазой глобального похолодания климата , отмечавшегося в течение XIV -XIX веков (так называемый малый ледниковый период). Однако непосредственная связь между двумя этими событиями оспаривается - многие учёные считают, что незначительный уровень падения солнечной активности не позволяет объяснить глобальное похолодание только этой причиной.
Интересно, что период уменьшения активности Солнца (1645-1715) совпал довольно точно с периодом правления короля-Солнца Людовика XIV (1643-1715).
Напишите отзыв о статье "Минимум Маундера"
Ссылки
|
|||||||||||||||||||||||||||||
Отрывок, характеризующий Минимум Маундера
В это время дама компаньонка, жившая у Элен, вошла к ней доложить, что его высочество в зале и желает ее видеть.– Non, dites lui que je ne veux pas le voir, que je suis furieuse contre lui, parce qu"il m"a manque parole. [Нет, скажите ему, что я не хочу его видеть, что я взбешена против него, потому что он мне не сдержал слова.]
– Comtesse a tout peche misericorde, [Графиня, милосердие всякому греху.] – сказал, входя, молодой белокурый человек с длинным лицом и носом.
Старая княгиня почтительно встала и присела. Вошедший молодой человек не обратил на нее внимания. Княгиня кивнула головой дочери и поплыла к двери.
«Нет, она права, – думала старая княгиня, все убеждения которой разрушились пред появлением его высочества. – Она права; но как это мы в нашу невозвратную молодость не знали этого? А это так было просто», – думала, садясь в карету, старая княгиня.
В начале августа дело Элен совершенно определилось, и она написала своему мужу (который ее очень любил, как она думала) письмо, в котором извещала его о своем намерении выйти замуж за NN и о том, что она вступила в единую истинную религию и что она просит его исполнить все те необходимые для развода формальности, о которых передаст ему податель сего письма.
«Sur ce je prie Dieu, mon ami, de vous avoir sous sa sainte et puissante garde. Votre amie Helene».
[«Затем молю бога, да будете вы, мой друг, под святым сильным его покровом. Друг ваш Елена»]
Это письмо было привезено в дом Пьера в то время, как он находился на Бородинском поле.
Во второй раз, уже в конце Бородинского сражения, сбежав с батареи Раевского, Пьер с толпами солдат направился по оврагу к Князькову, дошел до перевязочного пункта и, увидав кровь и услыхав крики и стоны, поспешно пошел дальше, замешавшись в толпы солдат.
Одно, чего желал теперь Пьер всеми силами своей души, было то, чтобы выйти поскорее из тех страшных впечатлений, в которых он жил этот день, вернуться к обычным условиям жизни и заснуть спокойно в комнате на своей постели. Только в обычных условиях жизни он чувствовал, что будет в состоянии понять самого себя и все то, что он видел и испытал. Но этих обычных условий жизни нигде не было.
