солнечный цикл

Перовскитная солнечная батарея напоминает молодую спортсменку: на старте демонстрирует выдающиеся показатели, но быстро утомляется. Всего за восемь часов её эффективность заметно снижается, хотя видимых дефектов — трещин, пыли, отслоений — не наблюдается.

Солнечный ветер — это непрерывный поток заряженных частиц, летящих от Солнца. В нём есть два главных компонента: протоны (ядра водорода) и альфа-частицы (ядра гелия, вчетверо тяжелее).

В системе KH 15D две молодые звезды обращаются вокруг общего центра масс, а между ними и земным наблюдателем расположен обширный пылевой диск — своего рода космический занавес, который периодически закрывает звёзды или приоткрывает их. На протяжении семидесяти пяти лет астрономы следили за этим «театром теней»: иногда свет системы почти угасал, иногда вспыхивал с новой силой.

Двести восемьдесят девять дней — именно столько длится один оборот белого карлика WD 1532+129. Это не просто рекорд: на его поверхности, у магнитных полюсов, проступают шрамы из железа и других металлов — немые свидетельства планет, которые он поглотил.

На Солнце то и дело раздаются удары — магнитное пересоединение в плазме высвобождает энергию, заставляя корону вспыхивать. После каждого такого удара в плазменных петлях ещё долго гуляют магнитогидродинамические волны — как затихающий звон колокола.

Гигантское облако ледяных глыб на окраине Солнечной системы — облако Оорта — похоже на прозрачный пузырь, растянутый до светового года в поперечнике. Обычно эти глыбы спокойно висят в своих далёких уголках, но иногда что-то их тревожит. Чаще всего это приливное воздействие нашей Галактики.

Планета скользит по диску звезды — и на миг становится фонариком. Она закрывает крошечный участок поверхности, позволяя разглядеть детали, которые иначе ускользают от взгляда. Именно так астрономы заглянули вглубь тёмных пятен на звезде V1298 Тельца — молодом двойнике нашего Солнца. Им помог космический телескоп Джеймс Уэбб и три планеты-гиганта на орбите.

Солнце не тлеет ровно — оно вспыхивает сериями. Как костёр, который то затихает, то вдруг выбрасывает снопы искр. Такие «огненные сезоны» длятся от полугода до полутора лет, и в это время на звезде появляется особенно много пятен.

Уличный фонарь мигает, когда мимо проходит человек. Примерно так ведёт себя ближайшая к нам звезда — Проксима Центавра. Она вспыхивает в ответ на движение своих планет. Астрономы наблюдали эту звезду с помощью очень чувствительного прибора — спектрографа ESPRESSO. Он ловит свет и раскладывает его по цветам, как призма.

Гигантский котёл почти всегда едва тлеет, но иногда вдруг выбрасывает снопы искр. Примерно так ведёт себя сверхмассивная чёрная дыра в центре нашей Галактики — объект Стрелец A*. Она в четыре миллиона раз тяжелее Солнца и находится от нас на расстоянии 26 тысяч световых лет.

Юла, которая вращается и при этом слегка покачивается, — примерно так, по мнению астрономов, ведёт себя нейтронная звезда в двойной системе Геркулес X-1. Полный оборот вокруг своей оси она делает за секунду, но её ось медленно описывает конус с периодом в 35 дней.

Солнечное пятно — тёмный остров на раскалённой поверхности — дышит. Каждые три минуты от него расходится волна, бежит по невидимой магнитной арке и заставляет плазму над соседним пятном вспыхивать радиосигналом. Семь таких вспышек подряд поймали радиотелескопы 14 февраля 2024 года. Цепочка всплесков повторялась с периодом около 160 секунд.

На протяжении 800 000 лет ледниковые периоды наступают с ритмичностью примерно в 100 000 лет. Этот ритм удивительно совпадает с изменениями вытянутости (эксцентриситета) земной орбиты — одним из циклов Миланковича. Но вот парадокс: орбитальные колебания меняют приток солнечной энергии едва заметно, словно дирижёр едва шевелит палочкой, а оркестр разражается громом.

В центре Млечного Пути находится сверхмассивная чёрная дыра Стрелец A*. Она в четыре миллиона раз тяжелее Солнца, но по космическим меркам ведёт себя тихо: лишь изредка вспыхивает, когда заглатывает порцию газа. Астрономы следили за ней с помощью радиотелескопа ALMA — цепочки антенн высоко в чилийской пустыне Атакама.

Маяк мигает каждые несколько секунд, но вдруг начинает медленно, в течение года, то разгораться, то гаснуть. Именно так ведут себя около трети красных гигантов — огромных звёзд на поздних стадиях жизни. Их обычная пульсация занимает дни или недели, но поверх неё видны долгие вторичные периоды: месяцы и годы. Это явление заметили почти сто лет назад, но объяснить так и не смогли.

Каждые 1151 год семь планет Солнечной системы — от Меркурия до Нептуна — оказываются почти в тех же точках своих орбит. Разброс их положений меньше градуса, как будто небесный механизм заводится на один и тот же лад. Этот ритм нашли, сравнив положения планет за 2600 лет по точным таблицам движения небесных тел.

Солнце пульсирует медленным ритмом, и этот ритм слышен в дождях над Бразилией. Пятна на солнечном диске то густеют, то редеют примерно каждые одиннадцать лет, и вместе с ними меняется давление в Тихом океане, температура его поверхности, а затем и количество осадков на северо-востоке страны.

Свет от Солнца обычно неполяризован: его волны колеблются во всех направлениях, как толпа, где каждый машет руками как хочет. Но 3 мая 2023 года астрономы в Локарно (Швейцария) заметили, что во время вспышки свет от гелия стал организованным — волны выстроились в одном направлении, как солдаты на параде.

На Солнце иногда происходят вспышки — яркие взрывы, которые выбрасывают в космос потоки заряженных частиц. 22 апреля 2021 года одна такая вспышка случилась в активной области, где тёмное солнечное пятно пересекал светлый «мост» из более горячего газа.

Солнце — не идеально ровная лампочка. Его яркость слегка дрожит: то прибавит, то убавит. Для климата Земли важны даже медленные колебания, растянутые на тысячи и миллионы лет. Именно они могли оставить след в геологической летописи последних 540 миллионов лет. Астроном Геллер измерил яркость 170 звёзд в рассеянном скоплении M67.

Учёные ищут планеты у далёких звёзд по лёгкому покачиванию звезды: планета тянет её к себе, и свет звезды то чуть синеет, то краснеет. Но у звёзд есть и собственная рябь — тёмные пятна и яркие факелы на поверхности. Они тоже двигают свет, и отличить их от планеты трудно. Солнце — единственная звезда, у которой эти пятна видно в деталях.

Звезда 31 Орла — это пожилая звезда, которая раздулась и стала субгигантом. Когда-то она была похожа на Солнце, но теперь остыла и увеличилась в размерах. Вращается она очень медленно — один оборот занимает много дней.

Волчок, который крутится так быстро, что успевает сделать 220 оборотов за одну секунду, — именно такой объект поймал китайский радиотелескоп FAST. Это пульсар PSR J1810-0623, нейтронная звезда размером с город, но массой больше Солнца. Каждые 4,55 миллисекунды его радиолуч проносится мимо Земли, как маяк в космическом океане. Этот пульсар не одинок.

Астрономы зарегистрировали сигнал космического источника — радиопульсара с периодом 36 минут. В отличие от типичных пульсаров — быстро вращающихся нейтронных звёзд, совершающих сотни оборотов в секунду, — этот объект вращался крайне медленно. Он излучал радиоимпульсы всего восемь дней, после чего исчез, оставаясь видимым исключительно в радиодиапазоне.

Солнечная вспышка похожа на короткое замыкание в гигантской неоновой вывеске. Внутри Солнца магнитные поля скручиваются в петли, будто резиновые жгуты, и когда они перезамыкаются, в космос выплёскивается энергия. Часть её уходит в жёсткое рентгеновское излучение — его рождают частицы, разогнанные почти до скорости света.

Космические лучи — это заряженные частицы, которые летят к нам от далёких взрывов звёзд. Но прежде чем попасть в детектор, они проходят через пузырь солнечного ветра. Солнце дышит: то раздувает этот пузырь, то сжимает. Частицам приходится пробиваться сквозь меняющееся магнитное поле, как пловцу против течения, которое то усиливается, то ослабевает.

Затмения в двойных звёздах — как часы: белый карлик (плотный остаток звезды) регулярно проходит перед соседкой, и свет на короткое время гаснет. Но у большинства таких пар часы то спешат, то отстают на секунды за годы. Астрономы измерили эти сбои у 43 систем и нашли закономерность.

Каждую секунду из космоса в атмосферу Земли врезаются невидимые частицы — космические лучи. Сталкиваясь с молекулами воздуха, они рождают ливни вторичных частиц, среди которых особенно много мюонов. Мюон — тяжёлый родственник электрона, который живёт всего пару микросекунд, но успевает долететь до земли.

Два старых аппарата, запущенных ещё в 1977 году, летят сквозь межзвёздное пространство — ту область, где заканчивается влияние Солнца. Солнце не просто светит: оно непрерывно выдувает поток заряженных частиц, который образует вокруг нашей системы гигантский пузырь — гелиосферу.

Солнце — не спокойный шар, а кипящий котёл, который живёт по своим ритмам. Примерно раз в 11 лет его активность достигает пика: на поверхности появляется больше тёмных пятен, а в космос летят потоки заряженных частиц. Но внутри этого большого цикла прячется более короткий — около 1,7 года.

Молодая звезда RY Tau похожа на капризный волчок. Вокруг нее крутится плоский диск из газа и пыли — остатки того облака, из которого звезда родилась. Часть вещества из диска звезда притягивает к себе, как пылесос, а часть выбрасывает обратно узким конусом ветра, как фонтан. Астрономы 11 лет, с 2013 по 2024 год, каждую ясную ночь записывали спектр звезды и ее яркость.

В густом облаке газа, где зарождается звезда тяжелее Солнца, есть крошечный источник радиоволн. Он работает как лазер: молекулы метанола усиливают излучение, и мы видим яркую точку. Но эта точка ведёт себя странно — её яркость скачет вверх и вниз за считаные часы. Учёные следили за источником G33.641-0.228 с 2009 по 2016 год.

Нейтронная звезда 1E 161348-5055 в остатке сверхновой RCW 103 пульсирует с периодом 6,67 часа. Это очень медленно для такого компактного объекта, и астрономы долго не могли понять, что происходит. Они предположили, что звезда не идеальный шар, а слегка сплюснута, и её ось вращения медленно покачивается, как у запущенного волчка.

Тринадцать лет подряд космическая обсерватория Swift записывала рентгеновское «дыхание» пульсара GX 301-2. Каждые несколько минут прибор BAT фиксировал, сколько жёсткого излучения приходит от этой пары — нейтронной звезды и её массивного компаньона. Если наложить все записи на один график, видно не ровную линию, а волны: яркость то растёт, то падает.

Магнитный компас в пробирке — звучит как фокус, но это чистая физика. В растворе фумарата (соли яблочной кислоты) ядра углерода-13 ведут себя как крошечные волчки. Когда внешнее магнитное поле падает до 400 нанотесла — это в сто тысяч раз слабее поля Земли, — два уровня энергии этих волчков почти сливаются. Физики называют такую точку «избегаемое пересечение».

В кристалле кремния, из которого делают микрочипы, иногда сидит чужой атом — например, магний. Он ведёт себя как маленький магнит с несколькими «положениями стрелки». Если осветить такой кристалл короткой вспышкой, атом на мгновение возбуждается, а потом возвращается в исходное состояние. Но делает он это не сразу, а с задержкой.

У экзопланеты TRAPPIST-1 кислородный фотосинтез — процесс, при котором световая энергия преобразуется в химическую с выделением кислорода, — проигрывает гонку за выживание. Эта звезда-карлик спектрального класса M излучает преимущественно в инфракрасном диапазоне, а не в видимом, как Солнце.

Если поставить рядом два маятника и слегка качнуть один, второй со временем подхватит ритм. Так ведут себя не только часы на общей полке, но и плазма внутри Солнца. В конвективной зоне звезды текут два огромных кольцевых потока: один ближе к поверхности, другой глубже. Каждый из них колеблется со своим периодом — 12,05 и 9,52 года.

Каждую ясную ночь телескоп на острове Ла-Пальма смотрел в небо и записывал, насколько воздух гасит свет звёзд. Это была рутинная работа астрономов, которые измеряли положения светил. Но в этих записях, как в старом дневнике, остались следы совсем другой истории: приходов пыли из Сахары.

Каменная летопись, где каждый слой — страница, а спектральный анализ читает ритм строк. В соляной шахте Реальмонте на Сицилии геологи измерили толщину 120 трёхчастных циклов: миллиметровый прослой глины, тонкий слой ангидрита или полигалита, затем дециметровый пласт каменной соли.