Международная группа исследователей под руководством Университета Нагоя (Япония) недавно заново изучила три почти забытых рисунка, сделанных Иоганном Кеплером в 1607 году, еще до изобретения телескопа.
Эти зарисовки, опубликованные в 1609 году в работе «Phaenomenon singulare seu Mercurius in Sole», представляют собой одну из самых ранних инструментальных записей солнечной активности, предшествующих первым телескопическим наблюдениям за солнечными пятнами на несколько лет.
Эти зарисовки, на которые современное научное сообщество поначалу не обращало внимания, оказались золотой жилой информации о солнечной активности более чем четырехсотлетней давности. Их анализ позволил по-новому взглянуть на солнечные циклы XVII века — период, предшествовавший явлению, известному как Маундеровский минимум.
Солнечные циклы и Маундеровский минимум
Солнечные циклы — это периоды продолжительностью около 11 лет, в течение которых активность Солнца колеблется между фазами максимальной и минимальной интенсивности. Эти циклы проявляются в изменении количества и положения солнечных пятен — темных участков на солнечной поверхности, вызванных интенсивной концентрацией магнитного поля.
Солнечная активность напрямую влияет на космическую погоду и может оказывать значительное воздействие на нашу планету, поэтому так важно отслеживать и понимать ее.
Среди до сих пор не до конца изученных особенностей активности нашего Солнца — минимум Маундера, также известный как «великий солнечный минимум». Это был период крайне низкой солнечной активности, который пришелся на период с 1645 по 1715 год. В этот период солнечные пятна стали редкими, а солнечная активность резко снизилась.
Минимум Маундера на графике, показывающем 400-летнюю историю количества солнечных пятен.
Это явление совпало с периодом более низких температур в Европе и Северной Америке, известным как Малый ледниковый период. Понимание таких событий, как Маундеровский минимум, крайне важно для ученых, изучающих солнечные циклы и их влияние на климат Земли.
Новый анализ рисунков Кеплера
Для создания своих рисунков Кеплер использовал камеру-обскура — прибор, который проецирует изображение Солнца через небольшое отверстие на лист бумаги. На них изображена наша звезда, причем он не знал, на что именно смотрит.
На самом деле, хотя сначала он неправильно интерпретировал увиденное как транзит Меркурия, на самом деле он наблюдал группу солнечных пятен. Это открытие дает современным ученым уникальную возможность взглянуть на солнечную активность в начале XVII века — важнейший период, предшествовавший Маундеровскому минимуму.
Поэтому исследовательская группа применила инновационный подход к анализу рисунков Кеплера. Они воссоздали условия наблюдений астронома и применили закон Шперера, который описывает миграцию солнечных пятен из высоких широт в низкие в течение солнечного цикла, в свете современной статистики.
Этот метод позволил им точно измерить положение группы солнечных пятен, наблюдавшихся Кеплером. Исследователи «проецировали» рисунки и компенсировали угол положения Солнца, благодаря чему удалось поместить группу солнечных пятен на низкую гелиографическую широту.
Вычисленные авторами гелиографические координаты солнечного диска в момент первого и второго наблюдений Кеплера, наложенные на рисунки солнечных пятен Кеплера в правильной ориентации.
Новые сведения о солнечных циклах XVII века
Этот подробный анализ позволил получить важнейшую информацию о фазе солнечного цикла, в которой находилось Солнце в 1607 году. В частности, он позволил сделать четыре основных вывода:
- Положение солнечных пятен указывает на то, что они находились в конце солнечного цикла -13, а не в начале цикла -14, как считалось ранее.
- Этот вывод контрастирует с последующими телескопическими наблюдениями, которые показали пятна на более высоких широтах, что свидетельствует о типичном переходе между солнечными циклами.
- Исследователи смогли приблизительно определить переход между солнечным циклом -14 и циклом -13 между 1607 и 1610 годами.
- Полученные данные свидетельствуют о регулярной продолжительности солнечного цикла -13, что опровергает теории, предполагающие чрезвычайно длинный цикл в этот период.
Эти результаты имеют большое значение, поскольку позволяют по-новому взглянуть на переход от регулярных солнечных циклов к Маундеровскому минимуму. В частности, они опровергают некоторые более ранние реконструкции, которые предполагали, что предшественниками Маундеровского минимума были солнечные циклы аномальной продолжительности. Вместо этого данные Кеплера подтверждают идею о более постепенном переходе к большому солнечному минимуму.
Основываясь на наблюдениях Кеплера, исследователи предложили временные границы интервала, в который следует поместить конец -14 солнечного цикла и начало -13, как указано красными линиями. Также на графике показаны реконструкции количества солнечных пятен (групп) на основе записей солнечных пятен (синяя кривая — Svalgaard & Schatten, 2016) и данных о кольцах углерода-14 на деревьях (черная (Usoskin et al., 2021) и зеленая (Miyahara et al., 2021) линии). Реконструкция авторов противоречит утверждению о чрезвычайно коротком и длинном солнечном цикле (зеленый цвет) и согласуется с регулярными солнечными циклами (черный цвет).
Наследие Кеплера
Наследие Кеплера, уже прославившегося своим вкладом в астрономию и математику, теперь распространяется и на современное изучение солнечных циклов. Его наблюдения, сделанные с помощью примитивных приборов, продолжают служить основой для нашего понимания поведения Солнца, демонстрируя непреходящую ценность тщательных и скрупулезных научных исследований.
В частности, это исследование демонстрирует, как исторические документы могут предоставить ценную информацию для современных научных исследований. Рисунки Кеплера, сделанные более четырех веков назад, сегодня открывают ученым новые перспективы, напоминая им о том, насколько важным остается наследие таких первопроходцев, как Кеплер.
Это исследование не только обогащает наше понимание истории науки, но и дает важные подсказки для прогнозирования и понимания будущих изменений в солнечной активности. По мере развития технологий и методов анализа вполне вероятно, что появятся и другие сокровища, спрятанные в исторических архивах, которые продолжат проливать новый свет на тайны нашего Солнца и его поведения.
С исследованием, опубликованным в журнале The Astrophysical Journal Letters, можно ознакомиться здесь.
