3. Теория на распутье

Прочитав предыдущий раздел этой книги, читатель мог прийти к заключению, что в настоящее время наконец-то найдена столбовая дорога к решению проблемы солнечной цикличности. Однако такой вывод был бы и преждевременным и слишком категоричным. Дело в том, что чем больше мы узнаем из наблюдений, тем труднее свести в единую систему полученные при этом сведения. Именно такова сейчас ситуация и с гипотезой гидромагнитного солнечного динамо.

Как вы помните, динамо-модели солнечных циклов обычно исходят из существования в подфотосферной конвективной зоне Солнца сравнительно слабого и диффузного среднего магнитного поля. Это неплохо согласуется с картиной, даваемой солнечным магнитографом, который вырезает площадки солнечной фотосферы достаточно большого размера, т. е. с картиной усредненного (или крупномасштабного) магнитного поля. Однако чем дальше, тем больше исследователи Солнца, особенно наблюдатели, укрепляются в мнении, что на самом деле солнечное магнитное поле состоит из отдельных силовых трубок с поперечным сечением порядка 100 км и имеет в них напряженность 1000 - 2000 Гс, что по крайней мере в 10 - 100 раз выше, чем получается из магнитографических измерений. А еслу это так, то сразу же возникает вопрос, насколько данный факт важен для теории. Пока нет определенного ответа на вопрос создателей динамо-теорий солнечных циклов, какому из приведенных здесь значению магнитной напряженности (1000 или 2000 Гс) следует отдать предпочтение, рано подвергать модели солнечного динамо сомнению и тем более отвергать их. Но уместно сказать в связи с этим, что сейчас теория солнечных циклов находится на распутье. Если магнитная напряженность в силовых трубках окажется равной 2000 Гс, сторонники динамо-теорий солнечных циклов попадут в крайне затруднительное положение.

Если подходить с этой точки зрения к ныне разработанным гипотезам о происхождении солнечной цикличности, то самой незыблемой из них, как и прежде, оказывается модель Бэбкока. Между прочим, критики динамо-теории считают, что она была «притянута за уши» в число моделей этого рода и в равной степени могла бы свидетельствовать и против них. Во всяком случае, главный упрек, который выдвигается в отношении этой гипотезы, относится к смене знака магнитного поля в полярных областях Солнца. Интересно, что по этому вопросу Бэбкока критикуют и как наблюдателя и как теоретика. С одной стороны, если учесть трудность в определении направления элементов магнитного поля вблизи полюсов, может оказаться ошибочным вывод об обращении знака этого усредненного полоидального поля. Более того, по мнению австралийского астрофизика Дж. Пиддингтона, вряд ли можно считать это поле полоидальным. Скорее оно представляет собой часть тороидального поля, вынесенную в полярные области. С другой стороны, если бы смена полярности полоидалыюго поля происходила так, как это описано в модели Бэбкока (а также в динамо-моделях), то через два - три 11-летних цикла Солнце полностью потеряло бы свое магнитное поле. Первый из упреков можно скорее считать простым опасением, но второй не так уж безоснователен.

Самым же уязвимым местом динамо-теорий солнечных циклов является лежащая в их основе турбулентная диффузия. Как уже отмечалось, она привлечена для того, чтобы избавиться от излишнего магнитного поля после его усиления. Противники этой точки зрения, в особенности Пиддингтон, доказывают, что такой роли турбулентная диффузия не сыграет и что, наоборот, она приведет к еще большему усилению поля. Пытаясь уйти от этих возражений, Паркер предложил ввести в динамо-теорию существенное изменение. Он полагает, что вместо быстрого слияния магнитных петель, образованных в результате турбулентной конвекции, поле вытягивается в длинные тонкие волокна, которые могут сливаться с соседними противоположно направленными волокнами и затем исчезают. В результате действия такого механизма быстрого роста поля не происходит. И тем не менее, даже при такой модификации динамо-теории солнечных циклов, возражения Пнддингтона имеют основания, как утверждает сам Паркер.

Что же может быть противопоставлено гипотезе гидромагнитного солнечного динамо в настоящее время? Мы уже видели, что гипотеза Бэбкока только в какой-то мере могла бы служить для этой цели. Кроме нее, пока имеется только одна альтернатива. Это гипотеза изначального первичного магнитного поля, которчю сторонники динамо-моделей называют «пиддиигтоновской ересью». Главной заслугой Пиддингтона до настоящего времени была прежде всего критика динамо-теорий солнечных циклов, которая стимулировала еще более активную дальнейшую их разработку. В то же время, именно в его гипотезе были сведены в единую систему данные наблюдений солнечной активности, в том числе и о ее тонкой структуре. Такая систематизация проведена впервые со времени появления гипотезы Бэбкока. Следует сразу же сказать, что пока гипотеза Пиддингтона находится в стадии становления и во многих отношениях еще более уязвима, чем модели гидромагнитного солнечного динамо. Гипотеза Пиддингтона завоевала симпатию наблюдателей Солнца, особенно тех из них, которые занимаются исследованием тонкой структуры солнечной атмосферы, но теоретики отнеслись к ней с большим недоверием, тем более, что в настоящее время она является чисто феноменологической.

Таким образом, вряд ли имеет смысл детально излагать здесь гипотезу изначального первичного магнитного поля Солнца. Однако мы обрисуем самые общие ее контуры, поскольку они позволят понять, насколько можно доверять ныне существующей альтернативе динамо-теориям солнечных циклов. Исходный пункт гипотезы Пиддингтона состоит в том, что в недрах Солнца, во всяком случае ниже подфотосферной конвективной зоны, существует изначальное первичное магнитное поле, которое имеет форму диполя и не проявляется непосредственно в солнечной атмосфере. Это поле постоянно и не меняет своего знака. Как и в гипотезе Бэбкока, дифференциальное вращение Солнца вытягивает и закручивает это полоидалыюе поле, образуя более сильное тороидальное поле. Именно такое сильное закрученное тороидальное поле в форме магнитных жгутов и выносится в солнечную атмосферу. Таким образом, в атмосфере Солнца мы имеем дело только с тороидальным полем. Обращение знака этого поля при переходе от одного 11-летнего цикла к другому происходит благодаря меридиональным колебаниям изначального первичного поля. Активная область образуется, когда часть магнитного жгута всплывает и постепенно расширяется при дальнейшем его всплытии. При этом формируется система арочных волокон и затем солнечные пятна. Здесь мы имеем дело с важным моментом гипотезы Пиддингтона, который состоит в том, что выходя в солнечную атмосферу магнитный жгут не закручивается, а раскручивается, точнее, распрямляется. Тороидальное поле в подфотосферном слое представляет собой как бы дерево, стволом которого является основной магнитный жгут, а верхние его ветки дают слабые крупномасштабные магнитные поля, в частности, униполярные магнитные области. Отрывом от магнитных жгутов объясняется смещение хвостовых частей магнитных областей к востоку и к полюсу. Отрыв части жгута от Солнца и возмущение им соседних жгутов могут обусловить существование активных долгот.

Наиболее уязвимо в гипотезе Пиддингтона представление о распрямлении магнитных жгутов при их выходе в солнечную фотосферу. Согласно современным физическим теориям, при выталкивании магнитного жгута (в форме спирали) из конвективной зоны Солнца его вершина должна быть местом максимального закручивания, а не наибольшего раскручивания, или распрямления, как предполагается в этой гипотезе. Непонятно, каким образом такой закрученный жгут расщепляется, в результате чего в его вершине образуются многие отдельные детали активной области. Нет смысла приводить здесь более частные критические замечания в адрес этой модели. Даже из сказанного становится ясным, что гипотеза изначального первичного магнитного поля Солнца требует серьезного теоретического обоснования в самой своей основе.

Итак, мы оставляем читателя на распутье. Как сложится судьба динамо-моделей солнечных циклов и альтернативной им модели, покажет будущее. А пока дождемся от наблюдателей Солнца ответа на вопрос, какова же истинная величина напряженности первичных элементов солнечного магнитного поля.