ледниковый период
Группа сотрудников Института космических исследований Российской академии наук под руководством Юрия Ермолаева проанализировала параметры солнечного ветра на протяжении четырех солнечных циклов — с 21 по 24. По измерениям солнечного ветра получены прямые свидетельства уменьшения солнечной активности в 23-м и в только что закончившемся 24-м солнечных циклах, ранее обнаруженные на Солнце дистанционными методами. При этом неожиданно стало понятно, что интенсивность даже спокойного солнечного ветра снизилась по сравнению с началом космической эры. Статья с результатами исследования опубликована в Journal of Geophysical Research: Space Physics.

В конце 2020 года было «официально» объявлено о начале нового, 25 цикла солнечной активности, то есть сейчас мы находимся в фазе её подъёма. Однако последние два десятилетия ученые активно обсуждают обнаруженное астрономическими методами (например, по числу солнечных пятен) общее уменьшение активности Солнца, так называемый Гранд минимум.
Дело в том, что максимумы последних 23 и 24 11-летних циклов солнечной активности (т.н. циклы Швабе) оказались значительно ниже, чем в предыдущих солнечных циклах. Часть исследователей считает, что мы вступили в период сравнительно неглубокого минимума «векового цикла» (т.н. цикл Гляйсберга длительностью 70-100 лет). Другие же полагают, что наступает второй грандиозный минимум, сходный с «минимумом Маундера» (1645-1715 гг.), когда зимой в Англии замерзала Темза, а голландцы катались по замерзшим каналам на коньках.
солнце
© Рисунок ИКИ РАНСхематическое изображение крупномасштабных типов солнечного ветра. Они включают:
I) квазистационарные типы:
1 — медленные потоки от корональных стримеров (SLOW),
2 — быстрые потоки из корональных дыр (FAST);
II) возмущенные типы:
3 — сжатые плазменные образования: (a) CIR, Corotating Interaction Region — область сжатия между быстрым потоком из корональной дыры и предшествующим медленным потоком из коронального стримера, и (b) так называемый Sheath (« оболочка ») — область сжатия перед передней кромкой « поршня »),
4 — « поршни »: (a) магнитное облако (MC, magnetic cloud) и (b) так называемые Ejecta (« выбросы »).
Снижение солнечной активности, которое происходит в последние два десятилетия, проявилось и на Земле в эффектах «космической погоды». Например, частота и сила магнитных бурь упали в несколько раз по сравнению со второй половиной XX века. Ключевое значение в эффектах космической погоды играет солнечный ветер — поток плазмы солнечной короны, включающий электроны, протоны и другие малые ионные составляющие, который переносит возмущения от Солнца к Земле.

Согласно современным представлениям, такие параметры солнечного ветра, как скорость, плотность, магнитное поле достигают не зависящих от времени минимальных значений на фазе минимума солнечного цикла, а ближе к максимуму цикла увеличиваются за счет возрастания числа возмущенных явлений солнечного ветра, связанных с солнечной активностью.

Минимальные значения параметров с «выключенной солнечной активностью» в англоязычной научной литературе принято называть термином floor, что дословно переводится, как «пол» или «уровень пола». В русском языке более привычно звучит ненаучный термин «уровень плинтуса». Например, оценка «уровня плинтуса» межпланетного магнитного поля за прошлое столетие составляет около 4,6 нанотесла (нТл).

Параметры межпланетной среды измеряют космические аппараты, и измеренные значения заносятся в каталоги, в частности, в хорошо известный исследователям каталог OMNI NASA, который включает измерения параметров межпланетной среды возле Земли с 1963 года до настоящего времени. До настоящего момента эти данные не были распределены по типам явлений в солнечном ветре. Поэтому не было надежных количественных оценок изменения параметров солнечного ветра.

В Институте космических исследований РАН на протяжении более 10 лет создавался «Каталог крупномасштабных явлений солнечного ветра». Он охватывает период с 1976 года по настоящее время, что совпадает с 21-24 циклами солнечной активности. Его основной отличительной чертой является то, что в нем определен тип солнечного ветра для каждой точки каталога OMNI NASA.
солнечный ветер
© ИКИ РАНВременной профиль концентрации частиц в 7 типах солнечного ветра SW (HCS — heliospheric current sheet, часть медленного солнечного ветра, в которой магнитное поле меняет направление с солнечного на антисолнечное и наоборот; Slow, Fast, CIR, Sheath, Ejecta и MC — см. рисунок выше) и в солнечном ветре без селекции на типы (All). Черные точки — фаза минимума цикла, синие треугольники — фаза роста, фиолетовые квадратики - фаза максимума, зеленые перевернутые треугольники — фаза спада, красные открытые квадратики — усредненные по фазам цикла данные
В недавней статье, опубликованной в журнале Journal of Geophysical Research: Space Physics, группа сотрудников ИКИ РАН под руководством Юрия Ермолаева проанализировала параметры солнечного ветра с учетом всех факторов: типа явления солнечного ветра, фазы солнечного цикла и номера солнечного цикла. В итоге исследователи получили количественные результаты об изменении параметров солнечного ветра на протяжении четырех последних солнечных циклов с учетом наблюдений различных типов «спокойного» и возмущенного солнечного ветра.

Основной результат работы — по измерениям солнечного ветра получены прямые свидетельства уменьшения солнечной активности в 23 и последующем 24 солнечных циклах, ранее обнаруженные в солнечных данных дистанционными методами. В частности, в работе было показано, что во время минимума между 22 и 23 циклами величины почти всех параметров (за исключением скорости) солнечного ветра и магнитного поля уменьшились на 20-40% и сохранились низкими в 23 и 24 циклах.

При этом значения ряда параметров упали «ниже плинтуса», например, относительное содержание ионов гелия упало в 1,5 раза. Примесь гелия и более тяжелых ионов в солнечном ветре (на 96% состоящем их протонов — ионов водорода) определяется базовыми процессами нагрева короны Солнца. Вариация ионного состава говорит о том, что наблюдаемое снижение солнечной активности — это не просто уменьшение числа солнечных вспышек, но и существенное изменение общего состояния короны. Такой вывод требует пересмотра наших представлений о физике формирования солнечного ветра.
«Солнечный ветер распространяется от Солнца до Земли за 3-5 суток, но при изучении свойств солнечного ветра на интервалах порядка солнечных циклов данные усредняются на масштабах месяцев или лет. Если говорить образно, то в результате такого усреднения мы имеем дело с "компотом", у которого в ходе солнечного цикла просто меняется соотношение компонент, или явлений: каких-то компонент становится побольше, каких-то — поменьше, но ранее предполагалось, что сами компоненты не зависят от времени, — поясняет Юрий Ермолаев, руководитель группы исследований солнечного ветра отдела физики космической плазмы ИКИ РАН. — Но в действительности все оказалось сложнее. В 23 и 24 циклах по сравнению с предыдущими изменились сами компоненты!

Развивая тот же образ, можно сказать, что, пока мы с помощью нашего каталога не разобрали "компот" на его составные части, было невозможно понять, с какими причинами связана экспериментально полученная величина. Теперь, я надеюсь, мы с этим разобрались и поняли, что изменилось не только соотношение между компонентами (в принципе, это качественно было известно ранее), но и изменились сами компоненты. И это является открытием, которое противоречит общепринятой точке зрения о том, что компоненты не зависят от времени. Этот факт требует пересмотра условий в солнечной короне, где образуется солнечный ветер, так как, согласно нашим оценкам, в настоящее время поток массы и энергии в солнечном ветре упал почти в полтора раза по сравнению с концом прошлого века».