Когда Солнце не греет
Говорят, история повторяется, только каждый раз несколько по-иному. Похоже, библейский сюжет про Иосифа, который правильно истолковал сон фараона в Древнем Египте, сегодня реализуется в науке с группой Валентины Жарковой - профессора астрофизики в Нотрумбрийском университете (Англия).
Иосиф догадался, что семь тучных коров, которых фараон во сне увидел на берегу реки, означают семь урожайных лет, а вышедшие за ними семь тощих коров - это знак хронических засух и неурожаев. Опираясь на эту догадку, фараон приумножил своё могущество. В урожайные годы по его приказу строили хранилища и скупали избытки зерна у крестьян, а в неурожайные - поддерживали собственное голодное население и продавали зерно приезжим купцам за большие деньги. За правильное толкование вещего сна и дельные предложения по созданию продовольственных запасов фараон назначил Иосифа крупным государственным чиновником, в нынешней терминологии - министром сельского хозяйства.
Валентина Жаркова с коллегами - физиками, математиками и астрономами - сумела построить математическую модель, которая хорошо описывает солнечную активность и позволяет сделать точные прогнозы на будущее. Однако прежде чем приводить эти прогнозы, расскажем, как учёные пришли к своей находке.
Двойное динамо
Солнечные пятна, как правило, проявляются парами, что объясняется возникновением в короне магнитных диполей. Чтобы объяснить закон распределения пятен (вариаций магнитного поля) по широтам, коллектив исследователей под руководством Валентины Жарковой впервые применил модель двойной динамо-волны. Сначала Валентине пришла идея о том, что колебания магнитного поля нашего светила нужно анализировать по компонентам, то есть примерно так, как делается в оптике, где свет разлагают на спектральные составляющие. Учёные разделили магнитное поле на множество компонентов. Далее с помощью численных методов с нахождением собственных чисел учёные обнаружили, что магнитные волны на Солнце генерируются парами, притом самая главная пара отвечает за дипольные изменения поля, которые наблюдаются как раз при изменении солнечной активности.
Магнитные волны с немного различающимися частотами, то складываясь, то вычитаясь по амплитуде, проявляются на поверхности светила в разных зонах, которые перемещаются от одного полюса к другому. В результате образуется причудливая солнечная активность, законы которой учёные не могли найти много десятилетий.
Исходя из модели двойной динамо-волны, группа Валентины Жарковой ввела численные данные по трём 11-летним солнечным циклам в компьютерную программу Eureka. И программа, проведя символический регрессионный анализ, основанный на Гамильтоновой инвариантности, выдала точные аналитические формулы, описывающие эволюцию обеих магнитных волн. С исходными данными, не разделёнными на главные спектральные компоненты, программа Eureka не справлялась - просто зависала.
При взгляде на формулы исследователям стало понятно, почему провалились почти 150 попыток предсказать солнечную активность: обе волны формируются как произведение двух косинусов, причём в качестве аргумента одного из них фигурирует третий косинус. Столь сложной закономерности никто представить не мог.
Поверено историей
Формулы солнечной активности, полученные группой Валентины Жарковой, подтвердились на большом количестве исторических данных за три последних тысячелетия. В частности, они правильно показывают зафиксированный в истории минимум Маундера, который длился примерно с 1645 по 1715 гг. Согласно Википедии, за весь тот период было насчитано лишь около 50 солнечных пятен.
Исследовали ждали пару лет, чтобы выяснить, насколько хорошо полученные ими формулы представят реальность, которая разворачивалась в рамках 24-го солнечного цикла. Как выяснилось, по отношению к измерениям магнитного поля Солнца модель даёт ошибку не более 3%, а взятая по модулю сумма величин обеих магнитных волн хорошо согласуется с данными о наблюдении пятен на Солнце.
Убедившись в точности моделей, исследователи отважились обнародовать свои прогнозы на будущее. Валентина Жаркова отмечает, что волны, которые различаются по частоте на небольшую величину, при наложении создают биения. Этот эффект используется, например, при настройке фортепиано с помощью камертона. И минимумы солнечной активности - малые ледниковые периоды - повторяются как раз с частотой биений - см. рис. Между тем модель показывает, что на следующем 25-м цикле солнечная активность заметно снизится по отношению к текущему 24-му циклу, а на 26-м - упадёт ещё на порядок.
Окна в космос
Следует отметить, что поток светового излучения от Солнца во влиянии на климат Земли, как ни странно, играет вторую роль. Сильнее действует магнитное поле Светила, представляющее собой экран для всей Солнечной системы. Когда оно ослабевает, усиливаются потоки космических лучей, которые разрушают облачность. Облаков становится меньше, и атмосфера остывает от того, что тепловая энергия в виде излучения уходит в космос. Этот эффект легко объяснить на бытовом уровне. Чтобы согреть помещение зимой, нужно включить в нём радиатор отопления. Но если при этом оставить открытым окно (особенно расположенное на крыше!), результата не будет. Кстати, сильное влияние магнитного поля Солнца на климат отмечено на других планетах Солнечной системы, таких, как Марс и Юпитер. В моменты, когда на Земле было жарко, на Марсе интенсивно таяли полярные шапки, а на Юпитере бушевали тайфуны. Безо всяких выбросов углекислоты, между прочим.
Большое переохлаждение
Таким образом, у нас плохая новость - грядёт похолодание в виде малого ледникового периода, причём резкое и достаточно скоро - уже в 2020-2053 гг. Хорошая новость - это похолодание окажется не таким долгим, как минимум Маундера, который растянулся аж на 60 лет.
Подобно библейскому Иосифу, Валентина Жаркова даёт рекомендации правительствам. Период летней вегетации заметно сократится. (В 2018 г. во многих регионах России после майских заморозков гражданам пришлось заново высаживать картошку. Дальше подобных случаев, видимо, будет больше. - Прим. ред.) В 2028-2032 гг. возможен дефицит продовольствия. К этому периоду всем странам необходимо создать продуктовые запасы для людей и запасы кормов для животных. Вероятно, для предотвращения бедствий понадобится плотное межгосударственное сотрудничество.
Следующая плохая новость - увеличится интенсивность космических лучей, которые достигают поверхности Земли. Следовательно, усилится опасность различных генетических нарушений. Но на эту тему тоже есть хорошая новость: фуллерен C60, о котором «Энерговектор» рассказывал читателям в сентябре 2018 г., оказался очень хорошим средством от радиации. Недаром НАСА приобрело одну из двух крупных лабораторий, которые занимаются синтезом фуллерена C60 в США.
* * *
Для России, где зима всегда наступает неожиданно, грядущее похолодание будет некстати. Теплоснабжение в некоторых посёлках и малых городах находится в столь плачевном состоянии, что грозит бедствиями даже в условиях глобального потепления, не говоря уж о малом ледниковом периоде. Но нет сомнений: мы героическими усилиями проблемы с теплоснабжением решим... после чего глобальное потепление возобновится.
Читайте другие наши материалы
