Švicarski astronom Johann Rudolf Wolf još je sredinom 19. stoljeća istraživao zapise o sunčevim pjegama te smislio način kako kvantitativno pratiti sunčevu aktivnost prebrojavanjem pjega. Po njemu se zove i “mjera” Wolf number koja se i danas koristi za te potrebe (uz reviziju iz 2015.). No, čemu to uopće služi? Naime, pokazalo se da se taj broj, odnosno pojednostavljeno broj zamijećenih pjega na površini Sunca tijekom određenog razdoblja, mijenja tijekom vremena i to na poprilčno predvidiv, periodičan način. Period unutar kojeg Sunce prođe kroz cijeli jedan ciklus povećanja i smanjenja aktivnosti iznosi 11 godina i nazivamo ga stoga solarnim ciklusom.
Što se točno događa tokom tih 11 godina sa Suncem? U tom razdoblju, kako je već navedeno, na njegovoj se površini pojavi jedan maksimum i jedan minimum učestalosti pojave pjega. Te pjege su zapravo lokalizirana tamnija područja na površini Sunca, tj. nešto hladnije zone koje nastaju uslijed smanjene konvekcije užarene mase a uzrokovane su lokalnim anomalijama u magnetskom toku. Trajanje pojedinih pjega je od nekoliko dana do nekoliko mjeseci.
Intenzivne magnetske anomalije osim pjega uzrokuju i Sunčeve baklje. To su lokalna povećanja sjajnosti i eksplozivna izbacivanja koronarne mase sa površine. Kao i Sunčeve pjege, i baklje se također javljaju mnogo češće onda kad su magnetske anomaije intenzivnije, a to se događa oko polovice svakog Sunčevog 11-godišnjeg ciklusa. Eksplozivnim izbacivanjem čestica sa površine Sunca one svadavaju gravitaciju i odlaze sa Sunca na put u Sunčev sustav i dalje u Svemir. Takve događaje kad Sunce značajno “poremeti mir” u Sunčevom sustavu, nazivamo Sunčevim olujama. Dolaskom do Zemlje, ovo zračenje i čestice velike energije mogu potencijalno stvoriti veće probleme, no o tome nešto kasnije. Zgodnu simulaciju izbacivanja koronarne mase možete pogledati na ovom linku.
Solarni ciklusi
Teoriju solarnih ciklusa dobro sistematizira Hathaway (2015) u The Solar Cycle. Promjena aktivnosti unutar jednog solarnog ciklusa uvjetovana je izvrtanjem Sunčevih magnetskih polova, što se opisuje tzv. hidromagnetskim dinamo procesima (Charbonneau, 2010). Ukratko, sjeverni magnetski pol Sunca postaje južni a južni postaje sjeverni. Tijekom tih procesa izvrtanja koji traju 11 godina, Sunčeva aktivnost varira od minumuma do maksimuma.
Iz prethodne slike možemo primjetiti da svi solarni ciklusi nisu jednako snažni po broju sunčevih pjega. Naime, vidljiv je porast broja od devetnaestog stoljeća prema 19. ciklusu koji je maksimum imao krajem 50-tih godina 20. stoljeća i bio je najjači dosad zabilježen ciklus od početka praćenja istih (1. ciklus – 1755. godina). Nakon 19. ciklusa započeo je pad aktivnosti prema posljednjem, 24., iako ne dolazi do monotonog pada (npr. 21. i 22. maksimumi su bili izraženiji od 20.). Iz toga zaključujemo da postoje i ciklusi drugačijih peroida osim 11-godišnjih, koji na većim ili manjim vremenskim skalama moduliraju intenzitete pojedinih 11-godišnjih ciklusa.
Posljedice na Zemlju
Promjene Sunčeve aktivnosti imaju dalekosežne posljedice na cijeli Sunčev sustav, a time i na Zemlju. Pojačana aktivnost Sunca, kad je ono na maksimumu ciklusa, dovodi do pojačanja ultraljubičastog i X-ray zračenja (npr. sunčanje postaje opasnije za kožu) a također i efekti u višim slojevima atmosfere postaju znatno aktivniji (primjerice polarna svjetlost). Povećava se temperatura i gustoća visokih slojeva atmosfere, što utječe na funkcioniranje brojnih satelita (npr. instrumenti se izlažu većem termičkom naporu što im znatno skraćuje vijek trajanja). Visokoenergetske čestice koje u Svemir budu izbačene u eksplozijama solarnih baklji također predstavljaju opasnost za ispravno funkcioniranje osjetljivih instrumenata na satelitima ali također predstavljaju opasnost za zdravlje astronauta a donekle i putnika u avionskom prometu na vrlo velikim visinama, osobito na polarnim rutama. Satelitski sustavi za određivanje pozicije (GPS, Glonass, …) postaju manje pouzdani uslijed povećanog ionosferskog kašnjenja signala, a u slučaju jako pobuđene ionosfere nekad se slabašni signali sa satelita ne mogu ni probiti do prijemnika na površini Zemlje (vidi npr. Toman, 2018, On Long-Term Solar Activity Impact On Gps Single-Frequency 3d Positioning Accuracy In The Adriatic Region).
Površina Zemlje vrlo je dobro zaštićena od spomenutih efekata, uslijed magnetskog polja Zemlje koje zadržava opasne čestice na velikim visinama (ionosfera), a ozon filtrira dobar dio ultraljubičastog zračenja. No, izvan Zemljine atmosfere, uvjeti postaju neusporedivo brutalniji kad je Sunce na maksimumu svoje aktivnosti. Tako se primjerice svemirske misije s ljudskom posadom nastoje isplanirati u periodima kad je Sunce na minimumu aktivnosti, jer su onda rizici mnogo manji, itd.
Međutim može se primjetiti da Sunce nije bilo iznimno aktivno čak niti na maksimumima ciklusa još negdje od sredine 19. stoljeća. 22. ciklus je bio dosta jak ali ni približno kao 19. ciklus. Postoji stoga određena bojazan, da će se čak i na površini Zemlje stvarati veliki problemi za moderne tehnološke sustave ako se budući ciklusi pojačaju do razine onih iz sredine 20. stoljeća. Smatra se da bi moderni elektronički uređaji koji predstavljaju okosnicu Interneta, satelitskih komunikacija itd., a koji nisu postojali u doba značajno veće aktivnosti Sunca, mogli biti u znatnoj opasnosti ako (kad!) se Sunce opet “raspojasa”. Da to nisu samo pusta teoretiziranja, pokazuju već zabilježeni slučajevi velikih teholoških problema uzrokovanih solarnim olujama, kao npr. 1989. u Kanadi, ili najjači dosad zabilježen događaj ove vrste, Carrington event iz 1859. Također, jedna jaka solarna oluja dogodila se 2012. ali je promašila Zemlju i stoga nije uzrokovala ozbiljne posljedice kakve je mogla.
Utjecaj solarnih ciklusa na klimu na Zemlji
Haigh (2007) u The Sun and the Earth’s Climate, navodi četiri forsirajuća faktora vezana za aktivnost Sunca i njihove mehanizme koji mogu imati utjecaj na klimatski sustav na Zemlji. To su kako slijedi:
- Ukupno zračenje Sunca na Zemlji (promjenjivo uslijed promjene Zemljine orbite i intenziteta Sunčevog izračivanja). Mehanizam djelovanja je radijacijsko forsiranje klime te izravan utjecaj na temperaturu površine oceana i kopna te hidrološke cikluse.
- Sunčevo UV zračenje. Mehanizam djelovanja je zagrijavanje srednje i gornje atmosfere, uključujući utjecaj na kemijski sastav, te dinamička veza ovih slojeva s troposferom ponovo utječe na radijacijsko forsiranje klime.
- Energetske čestice sa Sunca. Mehanizam djelovanja je ionizacija srednje i više atmosfere i sprega s ostalim slojevima atmosfere.
- Kozmičko zračenje. Mehanizam djelovanja je ionizacija donjih slojeva atmosfere, utjecaj na električno polje i na kondenzacijske jezgre u zraku.
Postavlja se naravno pitanje, mogu li se ovi utjecaji i praktično potvrditi te imaju li ikakav mjerljiv utjecaj na klimatski sustav ili ih možemo smatrati samo teoretskima. Haigh statističkim putem pokazuje da postoji utjecaj varijacija Sunčeve aktivnosti na klimu na Zemlji, ali navodi kako je ključni problem za analizu ovih utjecaja ekstrakcija signala iz šuma budući da je sam klimatski sustav izuzetno promjenjiv i dinamičan po svojoj naravi. Nedovoljno točni povijesni zapisi od vremena prije satelitskog praćenja klime, kao i ukupnog Sunčevog zračenja, također ne idu u prilog pouzdanijem izučavanju sprege solarne aktivnosti i klimatskog sustava na Zemlji. Unatoč nepoznanicama, do određene mjere je moguće potvrditi da se Zemlja grije i hladi u skladu sa promjenama Sunčeve aktivnosti (što naravno ne isključuje postojanje drugih forsiranja klimatskog sustava koji nisu vezani za Sunce ni astronomske faktore, niti je to tema ovog teksta).
Početak 25. ciklusa
2020. godina nije donijela samo niz bizarnih događaja svuda oko nas, već i pravu Sunčevu lijenost. Sunčevih pjega gotovo da nije bilo, što je označilo međuciklusni minimum, odnosno prelazak iz 24. u 25 solarni ciklus.
Potvrde da smo ušli u 25. ciklus dolaze iz NASE. To znači da možemo očekivati postupni porast aktivnosti Sunca koje je zadnjih nekoliko mjeseci bilo na svom međuciklusnom minimumu. Maksimum aktivnosti u 25. ciklusu se očekuje oko 2025. godine. Kakav će biti 25. ciklus u usporedbi sa slabašnim 24. teško je reći; s obzirom na vrlo slabu aktivnost u 24. ciklusu moguće je da će 25. biti marginalno jači, ali astronomi su uglavnom složni da (za sad) ne treba očekivati povratak ekstremno jakih ciklusa kao sredinom 20. stoljeća. Uostalom, zadnja predviđanja govore da je vjerojatnije da će 25. ciklus biti još malo slabiji od 24. (slika iznad). To u konačnici znači da nam sateliti, komunikacije, Internet, bankovni sustavi i druge elektroničke blagodati moderne civilizacije, za sad nisu u većoj opasnosti od žutog patuljka iz susjedstva, no opreza nikad dosta, jer oluja iz 2012. pokazuje da je živahno Sunčevo ponašanje moguće i u slabim ciklusima poput 24.
