Nešto se čudno događa sa Suncem. Do sada je gotovo svaki dan u 2022. eruptiralo u bakljama i koronalnim izbacivanjima mase, od kojih su neke bile najmoćnije erupcije za koje je sposobna naša zvijezda.
Same po sebi, erupcije na Suncu nisu čudne. Izbijaju redovito dok prolazi kroz razdoblja visoke i niske aktivnosti, u ciklusima koji traju otprilike 11 godina.
Trenutna aktivnost znatno je veća od službenih predviđanja NASA-e i NOAA-e za trenutni solarni ciklus, a solarna aktivnost je konstantno premašivala predviđanja još u rujnu 2020.
"Ne možemo pouzdano predvidjeti solarne cikluse", rekao je za Science Alert solarni astrofizičar Michael Wheatland sa Sveučilišta Sydney u Australiji.
"Ne razumijemo u potpunosti solarni dinamo, koji generira magnetska polja koja se vide na površini kao sunčeve pjege i koja proizvode baklje. Ovo je jedan od izvanrednih problema u astrofizici; netočnost u predviđanju nije iznenađujuća."
Nije iznenađujuće, naravno. Ali što ako upravo taj nedostatak iznenađenja – za koji očekujemo da ćemo biti loši u predviđanju solarnih ciklusa – znači da moramo potpuno preispitati kako to radimo? Što ako svoja predviđanja temeljimo na pogrešnoj metrici?
Od 11 do 22 godine
Solarni ciklusi imaju ogroman utjecaj na Sunčev sustav, ali su relativno slabo shvaćeni. Znanstvenici su utvrdili da se čini kako su neraskidivo povezani sa solarnim magnetskim poljem, koje ima lukove preko površine našeg Sunca u zavojima, vrtlozima i petljama.
Otprilike svakih 11 godina, Sunčevi magnetski polovi se okreću, sjever postaje jug i obrnuto. Ovaj se prekidač podudara s onim što je poznato kao solarni maksimum, karakteriziran vrhuncem aktivnosti Sunčevih pjega, baklji i izbacivanja koronalne mase (CME).
Nakon ovog preokreta, aktivnost se smanjuje, prije nego što se ponovno poveća prema vrhuncu. Sada smo u fazi eskalacije tekućeg ciklusa, 25. otkako smo počeli brojati.
Ciklusi aktivnosti karakteriziraju se i predviđaju na temelju jedne metrike: broja sunčevih pjega koje se vide na Suncu. To su privremena područja u kojima su magnetska polja posebno jaka, što olakšava erupciju baklji i CME. Pojavljuju se kao tamne mrlje jer magnetsko polje inhibira protok vruće plazme, a regije su kasnije hladnije i tamnije od njihove okoline.
Prema solarnom fizičaru Scottu McIntoshu iz američkog Nacionalnog centra za istraživanje atmosfere, predviđanje solarnih ciklusa na temelju broja sunčevih pjega predstavlja problem.
"Ciklus sunčevih pjega nije primarna stvar. To je sekundarna stvar", rekao je za Science Alert. "I način na koji je napisan kanon, način na koji su napisani udžbenici, način na koji je predstavljena solarna aktivnost, to je prikazano kao primarno."
"Problem je u tome što stvarno nije, a temeljni Haleov ciklus, 22-godišnji magnetski ciklus, je primaran. A ciklus sunčevih pjega je samo mali podskup ove veće slike."
Haleov ciklus otkrio je početkom 20. stoljeća američki astronom George Ellery Hale. Sastoji se od dvaju ciklusa sunčevih pjega u trajanju od 11 godina – vrijeme koje je potrebno da se polovi dvaput zamijene i tako se vrate u svoje prvobitne položaje.
Haleovi ciklusi, za razliku od 11-godišnjih ciklusa, opažaju se u brojnim fenomenima. To su promjenjivi magnetski polariteti i sunčevih pjega i solarnih magnetskih polova, kao i intenzitet galaktičkih kozmičkih zraka na Zemlji.
Sunčeva aktivnost otežava kozmičkim zrakama da dođu do Zemlje, ali neparni i parni solarni ciklusi imaju različite valne oblike kozmičkog zračenja. To se pripisuje polaritetu solarnog magnetskog polja.
Objašnjenje sunčevih pjega
Važno je razumjeti da zapravo nemamo dobru ideju o tome što se događa unutar Sunca. Smatra se da solarno magnetsko polje generira dinamo unutar zvijezde, rotirajuća, konvektivna i električno vodljiva tekućina koja pretvara kinetičku energiju u magnetsku energiju, vrteći magnetsko polje u svemir oko Sunca.
Ako je tako, što uzrokuje sunčeve pjege? Pa, prema trenutnim modelima, one su povezane s rotacijom Sunca. Sunčev ekvator rotira se brže od polova. Ako bi se ravne linije magnetskog polja koje se protežu uzdužno povukle uz ovu rotaciju, postale bi rastegnute i na kraju zapetljane, stvarajući privremena, lokalizirana područja jakih magnetskih polja ili sunčeve pjege.
To se, prema McIntoshu, temelji na pasivnosti magnetskog polja.
"Imate vrlo složen sustav unutar Sunca. Kao i svi fizički sustavi, radimo pojednostavljenja ili aproksimacije kako bismo pokušali razumjeti što se događa", objasnio je.
"Prije oko 60 godina napravili su aproksimaciju s magnetskim poljima – da su mala u usporedbi s tekućinama na Suncu. Stoga, kada Sunce kruži, kao što to čini naš planet, rotacija pokreće cirkulaciju, zagrijavanje atmosfere pokreće cirkulaciju, a uz svu ovu cirkulaciju, magnetska polja se samo vuku okolo s cirkulacijom."
Animacije koje pokazuju ovaj efekt vrlo su lijepo usklađene s podacima promatranja sunčevih pjega, s početnim magnetskim poljima koja se pojavljuju na oko 30 stupnjeva geografske širine. No, prema McIntoshu i njegovim kolegama, to je zato što je model stvoren da objasni upravo to i samo to.
Postoji i alternativno objašnjenje: Sunčeve pjege su interferentni uzorak, generiran magnetskim poljima preklapajućih Haleovih ciklusa.
McIntosh i suradnici prvi su primijetili obrazac koji se pojavljuje u podacima o sunčevim pjegama 2011. godine, preklapanje u takozvanim dijagramima leptira. Ovo su grafikoni koji prikazuju pojavu sunčevih pjega prema geografskoj širini tijekom vremena.
Nakon što su to uočili, istraživači su potražili i proučili sve povijesne podatake o sunčevim pjegama koji su im mogli doći u ruke, sve do 1860-ih.
Otkrili su da se ovo preklapanje nastavlja pojavljivati. Pred kraj jednog ciklusa sunčevih pjega, kako se pjege pojavljuju sve bliže i bliže ekvatoru, pojava pjega sljedećeg ciklusa može se promatrati na srednjim geografskim širinama.
To je indikativno, otkrili su istraživači, za suprotno polarizirane pojaseve magnetske aktivnosti koji prolaze kroz Sunce u ciklusima; oni bi bili odgovorni za ciklus sunčevih pjega, ali ne i vođeni njime. Štoviše, ciklusi mogu biti u interakciji; kada se dva ciklusa suprotnog polariteta preklapaju, oni interferiraju jedan s drugim.
Rezultat toga je da magnetski sustavi međusobno inhibiraju nastanak sunčevih pjega i nastaje razdoblje minimalne aktivnosti sunčevih pjega.
"Ciklus sunčevih pjega rezultat je interakcije između ovih većih magnetskih ciklusa", rekao je McIntosh za ScienceAlert. "Drugim riječima, to je poput uzorka interferencije. Magnetska polja žele jedno drugo poništiti cijelo vrijeme."
