С 1976 года благодаря статье Джона Эдди в популярном журнале Science многие астрономы, физики, географы и геологи заинтересовались явлениями солнечных минимумов и синхронных с ними похолоданий климата. Проведенные исследования раскрыли неизвестные ранее стороны солнечно-земных связей, но главный вопрос о происхождении больших аномалий оставался открытым. Решение было найдено после обобщения фактических данных за периоды от 320 до 9380 лет, законченного в сентябре 2019 года. Теперь собраны неоспоримые доказательства того, что состояние нашей звезды находится под контролем внешних планет

* * * 

Введение

Среди драматических изменений среды обитания в последние годы особенно пристального внимания заслуживает снижение солнечной активности. Высказывается мнение, что это предвестник глубокого минимума на Солнце, грозящего Земле новой ледниковой эпохой. Есть ли веские основания для такого утверждения, кроме экстраполяции? К сожалению, с конца XIX столетия, когда Густав Шперер описал полувековой (1645−1715 гг.) и околовековой (1460−1550 гг.) солнечные минимумы, науке не удалось в физическом режиме звезды найти внутренние причины долговременных колебаний. Чтобы добиться прогресса в области знания, важной и теоретически, и практически, очевидно, следует попытаться перейти на альтернативный путь объяснения. Имеется в виду развитие идеи планетного контроля, которой придерживались основоположники астрономии Солнечной системы Рудольф Вольф, Балфур Стюарт и Ричард Кэррингтон.

* * *

Солнце и пара Юпитер˄Сатурн

На первом этапе поиска внешнего фактора солнечной активности мы сталкиваемся с проблемой ограниченности материалов прямых наблюдений рядом с началом от 1700 года. Преодолеть это осложнение помогает принцип подобия. Если допустить, что длительные паузы могут возникать из-за прекратившегося возмущения солнечной атмосферы далекими планетами с периодами обращения, измеряемыми многими десятилетиями, то аналогичную аномалию на относительно коротких временах должны порождать Юпитер и Сатурн. Их соединения происходят в сроки, близкие к 22-летнему циклу Хейла, что позволяет получить надежные выводы при анализе данных за 320 лет.

Как показывает опыт, в исследовании эффектов движения очень продуктивна мысль Леонарда Эйлера о том, что в мире нет ничего такого, чего нельзя было бы понять через смысл максимумов и минимумов. Сам процесс изучения целесообразно в данном случае планировать, применяя методологию Бэкона — Гука, как проведение мысленного критического эксперимента, результат которого доложен быть однозначным, то есть подтверждающим или не подтверждающим выдвинутую гипотезу. При этом всякие априорные соображения (например, о невозможности обратных связей в Солнечной системе из-за ничтожной величины действующих приливных сил) остаются в стороне.

Проведем два мысленных опыта для выяснения вероятных последствий влияния пары ближайших к звезде газовых гигантов. Первое предположение формулируется так: в моменты спокойного светила обе планеты должны находиться от него значительно ближе, чем тогда, когда солнечные пятна достигают наибольшей площади. Как видим (Рис. 1), первый эксперимент подтверждает гипотезу планетного контроля.

Рис. 1. Относительные расстояния Юпитера и Сатурна до Солнца при его низкой и высокой активности в период 1700–2019 гг., индикатор — годичные числа Вольфа (W). Различия значимы по непараметрическому U-критерию Манна – Уитни

Источник: расчет по данным World Data Center for the production, preservation and dissemination of the international sunspot number; программа Alcyone Ephemeris.

Второе предположение: в годы полного или почти полного отсутствия пятен и в годы наибольшей их площади на Солнце разности гелиоцентрических долгот Сатурна и Юпитера должны значительно отличаться.

Рис. 2. Гелиоцентрические долготы Юпитера и Сатурна при низкой и высокой активности Солнца в период 1700–2019 гг. Различия значимы по непараметрическому U-критерию Манна –Уитни

Источник: Ibid.

И второй эксперимент (Рис. 2) дает право утверждать, что солнечная активность зависит от импульсов, поступающих извне.

Для детализации картины планетно-солнечных связей нужно обратиться к рассмотрению месячных показателей. Обнаруживаются резкие и закономерные контрасты в состоянии диска Солнца при характерных разностях гелиоцентрических долгот (Рис. 3).

Рис. 3. Вероятность отсутствия солнечных пятен в зависимости от разности месячных величин гелиоцентрических долгот Юпитера и Сатурна в период 1749–2019 гг

Источник: Ibid.

Последствия соединений Урана и Нептуна

Солнечный минимум, носящий имя Дальтона, датируется первыми десятилетиями XIX века. Пользуясь созданной моделью, мы можем предположить, что это событие произошло при соединении далеких планет. И действительно, в 1821 году сравнялись гелиоцентрические долготы Урана и Нептуна (Рис. 4).

Рис. 4. Соединение Урана и Нептуна в эпоху минимума Дальтона

Источник: Ibid.

Предыдущий солнечный минимум Маундера также был отмечен соединением Урана и Нептуна, состоявшимся в 1650 году (Рис. 5).

Рис. 5. Положение Урана и Нептуна на орбитах при минимуме Маундера (восстановленные числа Вольфа)

Источник: по данным Ю. А. Наговицына (Yearly Wolf numbers (Zurich-International general system), 1090−2002, Extended time series of Solar Activity Indeces); программа Alcyone Ephemeris.

Подчиняется установленному правилу, естественно, и большое событие XVI—XVI веков, известное как минимум Шперера (Рис. 6).

Рис. 6. Соединение Урана и Нептуна в середине минимума Шперера

Источник: Ibid.

Обобщение информации (с помощью приема наложенных эпох) о величинах полного солнечного излучения за 5000 лет, восстановленных по изотопу бериллия-10, убедительно показывает реальность существования планетного контроля активности нашей звезды (Рис. 7).

Рис. 7. Минимум полного излучения Солнца в момент соединения Урана и Нептуна. Осреднение по 28 циклам за период с 2998 г. до н.э по 1904 г

Источник: расчет по данным A. Shapiro et al., 2011 (A new approach to the long-term reconstruction of the solar irradiance leads to large historical solar forcing // Astronomy & Astrophysics, 2011, vol. 529); программа Alcyone Ephemeris

В среднем соединения планет повторялись через 165,93 года, что немного превышает период обращения Нептуна (164,79 года).

* * *

Модулирующая роль противостояний

Возникает вопрос, почему в прошлом длительность минимумов не была одинаковой, если Солнце постоянно находилось под влиянием пары Уран˄Нептун? Все дело в тех возмущениях, которые сопровождают орбитальные движения Юпитера, Сатурна и Плутона. В годы противостояния Юпитера и Сатурна, когда планеты удалены от Солнца, гелиофизические процессы протекают с высокой интенсивностью, что хорошо видно по восстановленным величинам полного солнечного излучения (Рис. 8).

Рис. 8. Полное излучение Солнца (восстановленные величины) в годы противостояния Юпитера и Сатурна. Осреднение за период с 2203 г. до н.э. по 1053 г

Источник: Ibid.

Если расчет вести только по годам конфигураций без противостояний Юпитера и Сатурна, эффект воздействия Урана и Нептуна на солнечную атмосферу проявляется особенно рельефно (Рис. 9).

Рис. 9. Минимум полного излучения Солнца при соединениях Урана и Нептуна в период отсутствия противостояний Юпитера и Сатурна

Источник: Ibid.

Как объяснить наступление абсолютных минимумов солнечной активности? Судя по косвенным свидетельствам, в последние 2000 лет полное солнечное излучение снизилось до самого низкого уровня в 663−666 годах. Это был в точности момент противостояния Нептуна и Плутона (Рис. 10).

Рис. 10. Противостояние Нептуна и Плутона во время абсолютного минимума в середине VII века

Источник: Ibid. 

При внимательном изучении последствий внешних воздействия на звезду (в частности, путем сравнения данных Рис. 8 и 10) обращают на себя внимание различия между эффектами противостояния близких и далеких планет: в случае пары Юпитер˄Сатурн уровень солнечной активности повышается, а в случае пары Нептун˄Плутон — понижается.

Результаты эмпирического обобщения и многочисленных критических экспериментов не оставляют никаких сомнений в том, что планеты обладают достаточной энергией для возмущения атмосферы Солнца. Но каково ее происхождение? Распространение импульсов в космическом вакууме на расстояния миллиардов километров и — главное — разные по знаку последствия их действия на звезду нельзя объяснить гравитацией и электромагнитными излучениями. Между тем хорошо известен феномен сосредоточения в планетах момента количества движения Солнечной системы (точное значение их доли — 82%).

Логично думать, что источником внешних сил служит осевое вращение планет — прямое (Юпитер, Сатурн, Нептун) и обратное (Уран, Плутон), а энергия передается при соприкосновении оболочек, состоящих из легчайшего газа, который Дмитрий Иванович Менделеев называл элементом ньютонием, или, иначе говоря, эфира, темной материи (по современной терминологии).

* * *

О механизме регулирования солнечной активности

Активность Солнца связана не только с обращением отдельных планет или пар планет, но и с динамикой всей их совокупности. Перемещение Солнца относительно барицентра Солнечной системы совершается строго упорядочено, причем особенно ярко выражен 1430-летний цикл (Рис. 11).

Рис. 11. 1430-летний цикл движения Солнца относительно барицентра Солнечной системы

Источник: расчет по программе EPOSGAO

Два 1430-летних цикла образуют 2860-летний цикл (Рис. 12).

Рис. 12. 2860-летний цикл Солнечной системы

Источник: Idid.

Знание временной упорядоченности Солнечной системы в масштабе земных тысячелетий дает ключ к пониманию механизма регулирования солнечной активности. Для проверки этого принципиального вывода необходимы новые, причем очень тонкие критические эксперименты. Если реальность им отражена верно, то в истории солнечной активности, которая документально зафиксирована по годам с середины LXXIV в. до н.э., должны быть обнаружены особенно глубокие минимумы, относящиеся по времени к моменту ближайшего расположения центра Солнца и барицентра Солнечной системы. По сведениям 9380-летней гелиохронологии, созданной на базе измерений концентрации изотопа бериллия-10, абсолютный минимум полного солнечного излучения наступил в конце XXXVII в. до н.э. И это случилось именно после того, как внешние планеты прошли на кратчайших расстояниях от Солнца (Рис. 13).

Рис. 13. Движение Солнца относительно барицентра Солнечной системы при абсолютном минимуме солнечной активности (наименьших величинах полного излучения за 9380 лет) с центром в 3626 г. до н.э

Источник: Idid.

Как и 22-летний цикл солнечной активности, в 130 раз более длительный цикл движения Солнца включает две неравные части — «высокую» и «низкую». Учитывая данное правило, можно ещё до опыта утверждать, что самые глубокие минимумы должны повторяться примерно через 14 веков (один 1430-летний цикл). Факты это подтверждают (Рис. 14).

Рис. 14. Совпадение минимумов полного излучения по времени движения Солнца относительно барицентра Солнечной системы

Источник: расчет по данным A. Shapiro et al., 2011 (A new approach to the long-term reconstruction of the solar irradiance leads to large historical solar forcing // Astronomy & Astrophysics, 2011, vol. 529); программа Alcyone Ephemeris

Более точное совпадение нужно ожидать через три 1430-летних цикла, то есть 43 века. И это подтверждается фактами (Рис. 14).

Рис. 15. Совпадение абсолютных минимумов полного излучения по времени движения внешних планет в Солнечной системе

Источник: Ibid. 

Отметим, что сдвиг по фазе колебаний полного излучения за 4300 тыс. лет при двух абсолютных минимумах составляет всего четыре года, или менее 0,001%, а коэффициент корреляции 200-летних рядов превышает 0,9. Результаты последних критических экспериментов — лучшее доказательство экзогенного происхождения солнечных минимумов, а значит — и похолоданий климата.

Таким образом, вращающиеся в разных направлениях внешние планеты генерируют минимумы солнечной активности, по крайней мере, двух иерархических уровней, которые наступают с периодичностью, измеряемой десятилетиями и веками.

* * *

Проявления солнечных минимумов в биосфере

В числе индикаторов отклика земной природы на внешние воздействия нас в данном случае должны интересовать те, которые обеспечивают годичное разрешение и глобальный охват. Кольца долгоживущих деревьев — пожалуй, единственный источник достаточно точной информации о состоянии среды обитания в разных регионах мира в недавнем и далеком прошлом. По дендрохронологиям можно составить общее представление о значении солнечных минимумов для биосферы.

Для севера Евразии репрезентативны дендрохронологические данные, собранные в лесах шведской Лапландии. Их обработка методом наложенных эпох показывает, что прирост сосен в годы соединения Урана и Нептуна значительно уменьшился, что отражает ситуацию минимума солнечной активности, и, кроме того, вообще движение планет определяет 160-летние ритмы леса (Рис. 16).

Рис. 16. Отклик соснового леса в Швеции на движение пары Уран˄Нептун, осреднение по 28 циклам (точка отсчета – момент соединения, показан полиномиальный тренд)

Источник: расчет по данным Grudd H., Briffa K.R., Karlén W., Bartholin T.S., Jones P.D., Kromer B. A 7400-year tree-ring chronology in northern Swedish Lapland: natural climatic variability expressed on annual to millennial timescales. TheHolocene, 2002, 12(6), 657−665; программа AlcyoneEphemeris

Сходную картину жизни биосферы при спокойном Солнце отражают дендрохронологии Северной Америки за 5 тыс. лет (рис. 17).

Рис. 17. Ухудшение роста остистых сосен в горах Калифорнии в годы до и после соединения Урана и Нептуна, осреднение по 26 циклам (точка отсчета — момент соединения)

Источник: расчет по данным FergusonC.W., SchulmanE., FrittsH.C. White Mountain master chronology.

Реакция деревьев на абсолютный минимум XXXVIII в. до н.э. была острой, но непродолжительной (Рис. 18).

Рис. 18. Рост остистой сосны в горах Калифорнии при абсолютном минимуме солнечной активности

Источник: Ibid.

В лесах Южной Америки (если считать типичным пример Аргентины), по сведениям за последние 23 века, регулярно происходило снижение темпов роста деревьев до того момента, когда движение пары Уран˄Нептун должно было приводить к ослаблению солнечной активности. Здесь четко видны последствия наступления абсолютного минимума в середине VI века при соединении Урана и Нептуна и противостоянии Урана и Плутона (Рис. 19).

Рис. 19. Рост патагонского кипариса в Аргентине при абсолютном минимуме VII в. (c пиком в 665 г.)

Источник: по данным VillabaR. La Esperanza; программа AlcyoneEphemeris

Дендрохронологи и Тасмании, и Новой Зеландии говорят о том, что даже акватории Индийского и Тихого океанов на юге Восточного полушария охвачены едиными глобальными процессами, так как отклики островных лесов на снижение солнечной активности были преимущественно отрицательным, как в Евразии и Америке (Рис. 20 и 21).

Рис. 20. Ослабление роста карандашной сосны на Тасмании во время минимума солнечной активности в середине XII в. при соединении Урана и Нептуна

Источник: по данным Lamarche V.C., Ogden J. G, Campbell D.A., Dunwiddie P.W. Mount Field (Beyond Burn Lake Newdegate) и Ю.А.Наговицына (Yearly Wolf numbers (Zurich-International general system), 1090−2002, Extended time series of Solar Activity Indeces); программа Alcyone Ephemeris.

Рис. 21. Угнетение кедра в Новой Зеландии в условиях минимума Дальтона во время до и после соединения Урана и Нептуна (1821 г.)

Источник: по данным Xiong L., Palmer J. Urewera recollection и World Data Center for the production, preservation and dissemination of the international sunspot number; программа Alcyone Ephemeris.

Имеющаяся информация по скорости роста сталактитов и сталагмитов в пещерах подтверждает выводы о гелиофизической и климатической значимости движения планет (Рис. 22).

Рис. 22. Уменьшение скорости кристаллизации солей в натечных образованиях Пекинской пещеры (Китай) во время минимума солнечной активности в IX в. после соединения Урана и Нептуна

Источник: по данным M. Tan et al., 2003 (TanM., LiuT., HouJ., QinX., ZhangH., LiT. Cyclic rapid warming on centennial-scale revealed by a 2650-year stalagmite record of warm season temperature. Geophysical Research Letters, 2003, 30, No. 12, 1617) и Ю. А. Наговицына (Yearly Wolf numbers (Zurich-International general system), 1090−2002, Extended time series of Solar Activity Indeces); программа Alcyone Ephemeris.

Серьезный шаг в понимании биосферных последствий ослабления солнечной активности сделал недавно Генрик Свенсмарк, указавший на то обстоятельство, что изменения приходящей от звезды энергии ограничиваются сотыми долями процента, между тем амплитуда колебаний интенсивности галактических космических лучей на порядки больше. Засев ядрами конденсации атмосферы способен менять её режим за счет увеличения альбедо облаков.

Для человека может быть важна ионизация веществ в тканях организма потоками высокоэнергетических частиц из глубокого космоса, которые модулируются солнечным ветром. Особенно уязвимы для внешних воздействий женские X-хромосомы. Теоретически это должно приводить к увеличению доли мальчиков среди новорожденных. Для поиска свидетельств генетических эффектов естественного ионизирующего облучения следует обратиться к 270-летним рядам демографической статистики скандинавских стран, отражающей отношение полов новорожденных детей, которые были выношены на северных широтах в условиях слабой защищенности от космической радиации. Наиболее длительное повышение интенсивности галактических космических лучей при ослаблении активности Солнца, очевидно, происходило в 1837—1925 годах. В этот период обнаруживается тенденция к росту числа родившихся мальчиков (Рис. 23). Гипотеза подтверждена.

Рис. 23. Площади солнечных пятен и гендерное отношение у новорожденных в Швеции в период 1837–1925 гг. и их тренды

Источник: расчет по данным Statistics Sweden и World Data Center for the production, preservation and dissemination of the international sunspot number.

* * *

Переход к прогнозированию

Обнаружение временного порядка в изменениях состояния Солнца открывает путь к долгосрочному и сверхдолгосрочному прогнозированию. Прежде всего, необходимо установить точку отсчета. Большие циклы Солнечной системы берут начало от момента сближения центра Солнца с её барицентром. Последнее событие такого рода отмечено в апреле 1990 года (Рис.24).

Рис. 24. Изменение направления движения Солнца относительно барицентра Солнечной системы в 1990 г

Источник: расчет по программе EPOSGAO

Режим солнечной атмосферы в десятилетия, переходные между шестью предыдущими 1430-летними циклами, отличался высокой степенью нестабильности и тенденцией к ослаблению полного излучения на протяжении около 100 лет (Рис. 25).

Рис. 25. Полное солнечное излучение в конце и начале 1430-летних циклов (осреднение за период с 6700 г. до н.э. до 2011 г.)

Источник: расчет по данным A. Shapiro et al., 2011 (A new approach to the long-term reconstruction of the solar irradiance leads to large historical solar forcing // Astronomy & Astrophysics, 2011, vol. 529); программа Alcyone Ephemeris

Для целей предвидения желательна вероятностная оценка (Рис. 26).

Рис. 26. Вероятность полного солнечного излучения ниже нормы (1361,8 Вт/м2) в конце и начале 1430-летних циклов

Источник: Ibid.

Опираясь на результаты выполненного анализа рядов солнечных данных, можно ожидать, что наблюдаемое падение солнечной активности продлится, по крайней мере, до второй половины XXI века. Что касается климатических последствий этого процесса, их проявление будет зависеть от скорости движения ядра Земли в северном направлении, которое ведет к современному потеплению климата, особенно в Арктике и Субарктике.

* * *

Заключение

Существуют прямые и косвенные свидетельства того, что внешние планеты, вращаясь в прямом и обратном направлениях и двигаясь по эллиптическим орбитам, возмущают атмосферу Солнца и тем самым периодически усиливают его активность. Но в определенные моменты идущие от них импульсы взаимно нейтрализуются и наступает более или менее длительный солнечный минимум. Знание закономерностей динамики Солнечной системы, в первую очередь циклических явлений, позволит лучше понять события прошлого и подготовиться к неизбежным переменам.