***

Эллиптическая орбита планеты. Рисунок Иоганна Кеплера из его книги «Epitome Astronomiae Copernicana» (1618)2

Введение

Сложнейшая проблема науки — поиск механизма, поддерживающего постоянные колебания интенсивности излучения Солнца на протяжении сотен миллионов лет. Иоганн Рудольф Вольф, Ричард Кристофер Кэррингтон, Балфур Стюарт и другие классики солнечной астрономии считали вероятным, что активность звезды контролируется Юпитером благодаря его движению по эллиптической орбите. Незначительность в данном случае гравитационных сил, которые могли бы, теоретически, обеспечить периодичность процесса, с одной стороны, и успехи геолиофизики, с другой, привели к снижению привлекательности гипотезы внешнего фактора. Тем не менее попытки ее обоснования не прекращаются до сих пор. Принципиально новый поход в анализе сил, действующих на массы звезды в момент приближения планеты, предложил Евгений Иванович Шемякин — признанный авторитет в области механики горных пород.

Евгений Иванович Шемякин (1929-2009)

В статье «О возможной природе солнечной активности», опубликованной в докладах Академии наук (ДАН, 1992, т.326, №1, с.59-62), утверждается, что в Солнечной системе есть общий механизм, в основе которого — «перемещение внутренних масс небесного тела за счет вращения главных осей тензора деформаций (скоростей деформаций). Это перемещение проявляется на поверхности в виде приливных движений». Для Солнца оказывается наиболее важным Юпитер (по сравнению с притяжением других планет Солнечной системы). Внутренние массы Солнца перемещаются по спирали, а эффекты необратимости процесса приводят к разогреву недр Солнца (дополнительному или основному — на этот вопрос ответит только качественная оценка вязкости недр Солнца). Изменение режима движения от эллиптического, когда Юпитер находится на больших расстояниях от Солнца, до вырожденного или даже гиперболического в момент приближения к Солнцу способно привести к тому, что из поверхностных слоев Солнца могут быть вырваны значительные массы или потоки частиц — протуберанцы. Как полагал автор, и при изучении солнечной активности в ее проявлениях в земной атмосфере, магнитном поле Земли и внутренних процессах (в частности, изменение угловой скорости вращения Земли под действием изменений в потоке солнечных заряженных частиц) нужно иметь в виду, что основное значение из планет Солнечной системы имеет Юпитер.

К сожалению, эти теоретические соображения не были подкреплены конкретными примерами за истекшие 30 лет, так как они противоречили укоренившимся представлениям об эндогенном происхождении вариаций солнечной активности.

Гипотеза Шемякина, в отличие от идеи автономного Солнца, поддается эмпирической проверке с привлечением всей информации, накопленной за последние века.

Солнечные пятна

Самый простой способ обнаружения предполагаемой силы состоит в изучении изменений эффекта влияния при уменьшении расстояния между телом-причиной и телом-следствием. Поведение кривой, описывающей пространственную зависимость Солнца от Юпитера, указывает на существование двух сил, одна из которых определенно связана с гравитацией, что проявляется в повышении солнечной активности у точки перигелия (Рис. 1).

Рис. 1. Солнечная активность при разных расстояниях Юпитера до Солнца по материалам наблюдений за 1749-2022 гг. Показан полиномиальный тренд

Для уточнения характера действия планеты требуется рассмотреть отдельно периоды приближения и удаления от звезды (Рис. 2).

Рис. 2. Солнечная активность при движении Юпитера к Солнцу и от Солнца по материалам наблюдений в 1700-2021 гг. Годичные числа Вольфа

Рельефный отпечаток Юпитера в перигелии — прирост солнечных пятен (20 W на 0,1 а. е.).

Результат перемещения планеты, исходя их вышеизложенных теоретических предпосылок, должен определяться направлением вращения небесных тел. Сравним, например, эффекты приближения к Солнцу Юпитера и Урана — двух газовых гигантов, из которых первый вращается в прямом направлении, а второй — в обратном (Рис. 3).

Рис. 3. Изменение солнечной активности с уменьшением расстояния Юпитера и Урана до Солнца. Месячные числа Вольфа, осреднение за период 1749-2022 гг., показаны полиномиальные тренды

Как видим, на малых расстояниях влияние планет действительно имеет противоположные знаки. Однако обращают на себя внимание и другие важные признаки: Уран, в отличие от Юпитера, при полете между точками афелия и перигелия в основном стимулирует солнечную активность, несмотря на то, что он в 22 раза меньше по массе и находится в четыре раза дальше от звезды. Эту закономерность нельзя объяснить ничем иным, кроме соприкосновения и взаимопроникновения невидимых оболочек небесных тел, состоящих их первоэлемента ньютония.

Обнаруживается подобие в реакциях возбуждения активности Солнца во время приближения Юпитера и двух других планет с прямым вращением — Меркурия и Земли (Рис. 4 и 5).

Рис. 4. Перемены в состоянии Солнца при движении Земли у точки перигелия. Месячные числа Вольфа, осреднение за период 1749-2022 гг
Рис. 5. Рост активности Солнца при движении Меркурия к точке перигелия. Суточные числа Вольфа, осреднение за период 1849-2022 гг

Входящие в ту же группу Марс, Сатурн и Нептун не оказывают видимого воздействия на солнечные пятна при близком перемещении по причине ограниченных размеров. Из-за крайне малого эксцентриситета орбиты Солнце почти не реагирует и на приближение Венеры, вращающейся в обратном направлении.

Очень характерно поведение полушарий Солнца в трехлетний период, когда Юпитер, пройдя половину пути от афелия, оказывается по отношению к ним в несколько различном положении. Дело в том, что орбита планеты наклонена под углом 1,3° к плоскости эклиптики, причем крайнее южное положение она занимает в момент прохождения точки перигелия (Рис. 6).

Рис. 6. Орбита Юпитера (расчет по программе Alcyone Ephemeris)

Во время приближения Юпитера к звезде ее Южное полушарие естественно подвергается большему воздействию вращающегося с высокой скоростью огромного тела планеты, чем Северное, и это обстоятельство четко проявляется в разнице количеств солнечных пятен (Рис. 7)

Рис. 7. Отклики полушарий Солнца на приближение Юпитера. Месячные величины площади пятен, осреднение за 1875-2015 гг. (расчет по данным Royal observatory, Greenwich)

Дифференциация между полушариями при усилении солнечной активности в период приближения планеты прослеживается также в эффектах влияния Земли, что обусловлено наклоном оси вращения (Рис. 8).

Рис. 8. Активность Северного и Южного полушарий Солнца в дни близкого движения Земли. Суточные величины площади пятен, осреднение за 1875-2015 гг

Меркурий с его орбитой, отличающейся большим наклоном, в период приближения к Солнцу находится преимущественно к югу от плоскости эклиптики (Рис. 9), поэтому, как и следовало ожидать, Южное полушарие активизируется значительно сильнее Северного (Рис. 10).

Рис. 9. Орбита Меркурия
Рис. 10. Реакция полушарий Солнца на орбитальное движение Меркурия. Суточные величины площади пятен, осреднение за 1875-2015 гг

Таким образом, результаты обработки материалов длительных наблюдений безоговорочно подтверждают гипотезу воздействия тела вращающейся планеты на солнечную атмосферу. Эффект Шемякина становится реальностью.

Радиоизлучение Солнца на волне 10,7 м

Радиоизлучение Солнца на волне 10,7 м во время приближения трех планет с прямым вращением подчиняется закономерностям, совершенно аналогичным тому, что уже нам известно относительно динамики солнечных пятен. В частности, Юпитер увеличивает энергию излучения при движении на расстояниях менее 5,1 а. е. (Рис. 11).

Рис. 11. Связь мощности радиоизлучения Солнца с положением Юпитера в период его приближения. Месячные величины, осреднение за 1947-2022 гг. (расчет по данным World Data Center for Solar-Terrestrial Physics)

Подлет Земли и Меркурия к Солнцу также влечет за собой резкую интенсификацию радиоизлучения (Рис. 12 и 13).

Рис. 12. Увеличение мощности радиоизлучения Солнца в декабре, до момента прохождения Землей перигелия. Суточные величины, осреднение по три дня за 1947-2022 гг
Рис. 13. Движение Меркурия и солнечное радиоизлучение в период приближения планеты к звезде. Суточные величины, осреднение за 1947-2022 гг

Уровень радиоизлучения — чрезвычайно тонкий и надежный индикатор солнечной активности — указывает на ее зависимость от движения планет в окрестностях звезды, а также на большом удалении.

Солнечные вспышки

Период движения Юпитера по направлению к Солнцу характеризуется противоположным действием известных нам двух сил на процесс возникновения вспышек, сменяющих друг друга на расстоянии около 5,2 а. е. от границы солнечной атмосферы (Рис. 14, 15).

Рис. 14. Солнечные вспышки при движении Юпитера к Солнцу. Осреднение за 1966-2008 гг. (расчет по данным Kandilli Observatory)
Рис. 15. Сильные солнечные вспышки (индекс ≥ 10) при близком движении Юпитера. Хорошо заметен рост числа и мощности вспышек с уменьшением расстояния. Осреднение за 1966-2008 гг

Вспышки, наблюдающиеся на полушариях Солнца в период декабрь–январь, полнее всего отражают механизм воздействия приближающейся планеты на звезду, о котором писал Е. И. Шемякин: крутящий момент лучше передается к Южной, чем к Северной части из-за положения оси вращения Земли у точки перигелия (Рис. 16).

Рис. 16. Солнечные вспышки в период движения Земли на кратчайших расстояниях от звезды. Осреднение за 1966-2008 гг

Меркурий, как и Земля, приближаясь к Солнцу, стимулирует выбросы энергии в солнечной атмосфере (Рис. 17).

Рис. 17. Влияние Меркурия на солнечные вспышки. Осреднение за 1966-2008 гг

Солнечная корона

С 1996 года ведется систематическая спутниковая регистрация свойств корональных выбросов массы, что дает исключительно ценную информацию с точки зрения теории планетных возмущений солнечной атмосферы. За период наблюдений Юпитер проходил перигелий дважды (20 мая 1999 года и 17 марта 2011 года), и оба сближения отмечены резким увеличением частоты извержения плазмы с повышением ее скорости примерно за 1,5 года до событий (Рис. 18 и 19).

Рис. 18. Корональные выбросы массы на Солнце в период движения к нему Юпитера до 20 мая 1999 г. Осреднение по 30 дней (расчет по данным SOHO-LASCO CME CATALOGUE)
Рис. 19. Корональные выбросы массы на Солнце в период движения к нему Юпитера до 17 марта 2011 г. Осреднение по 30 дней

Такой паралеллизм поведения солнечной короны в периоды времени, разделенные 11 годами и 10 месяцами, служит весомым доказательством дальнодействия Юпитера. Вращение тела планеты с огромной скоростью способно в дни сближения сообщать солнечной атмосфере дополнительную кинетическую энергию и вырывать колоссальные массы вещества (Рис. 20).

Рис. 20. Изменения свойств корональных выбросов массы на Солнце при движении Юпитера к точке перигелия в 2008–2011 гг. Осреднение по 30 дней. Рост массы вещества и кинетической энергии потока в период подлета планеты к звезде указывает на вихревой механизм процесса образования корональных выбросов

Обработка данных о примерно 6000 случаев корональных выбросов массы раскрывает картину подобия откликов солнечной атмосферы на движение Земли и Юпитера в отношении частоты событий, скорости плазмы, ее массы и кинетической энергии. Распределение во времени этих показателей ясно говорит о деформациях вращения со стороны близкой планеты (Рис. 21 и 22).

Рис. 21. Зависимость корональных выбросов массы на Солнце от движения Земли в декабре-январе. Осреднение по три дня
Рис. 22. Возмущение солнечной короны в дни приближения Земли, аномалии массы и энергии корональных выбросов массы. Осреднение по три дня

Действие рассматриваемой закономерности распространяется также на отношения Солнца и Меркурия (Рис. 23).

Рис. 23. Большие корональные выбросы массы, вызванные приближением Меркурия к точке перигелия в 2020 г

Материалы 70-летних (1939–2008 гг.) астрономических наблюдений, проводившихся высокогорной обсерваторией Ломницки Штит в Словакии, подтверждают вывод о возмущении солнечной короны при подлете Юпитера (Рис. 24).

Рис. 24. Увеличение коронального индекса в период до прохождения Юпитером точки перигелия 21 ноября 1951 г. (ср. Рис. 18 и 19)

Кроме того, уникальный по длине ряд данных открывается возможность расчета вероятности возникновения аномалий солнечной активности при определенных положениях планет. В частности, это касается Земли и Меркурия. Приближение Земли к Солнцу ведет к повышению вероятности высокой солнечной активности на 7–9% (Рис. 25), соответствующий показатель влияния Меркурия в три раза ниже.

Рис. 25. Вероятность высокой солнечной активности (корональный индекс ≥ 10) в декабре-январе при движении Земли к точке перигелия

Найденные зависимости можно использовать для целей долгосрочного прогнозирования космической погоды.

Солнечный ветер

Ход колебаний скорости и плотности солнечного ветра во многом следует изменениям мощности корональных выбросов массы под воздействием планет. Приближение к Солнцу Юпитера, судя по двум последним циклам, влечет за собой скачкообразный рост скорости движения плазмы за 400 дней до момента прохождения точки перигелия (Рис. 26).

Рис. 26. Скорость солнечного ветра в связи с движением Юпитера (ср. Рис. 18,19 и 24) (расчет по данным OMNIWeb Plus. Goddard Space Flight Center. Space Physics Data Facility)

При этом плотность плазмы сопряженно снижается (Рис. 27).

Рис. 27. Вариации плотности солнечного ветра в течение двух периодов сближения Юпитера и Солнца

Синхронизация эффектов возмущения потока солнечной плазмы относительно дат прохождения Юпитером перигелия в 1999 и 2011 годах подчеркивается высоким коэффициентом коррелиции скоростей ветра в течение двух периодов (Рис. 28).

Рис. 28. Связь скоростей солнечного ветра при движении Юпитера в 1997-1999 и 2009-2011 гг. Коэффициент корреляции 0,58

Земля в перигелии существенно увеличивает и скорость, и плотность солнечного ветра (Рис. 29).

Рис. 29. Солнечный ветер во время приближения Земли к Солнцу (ср. с рис. 16, 21 и 22). Осреднение за 1970-2021 гг

Меркурий, несмотря на малые размеры, также вносит возмущение в поток солнечной плазмы (Рис. 30).

Рис. 30. Рост плотности солнечного ветра перед прохождением перигелия Меркурием (ср. с рис. 17 и 23). Осреднение за 1970-2022 гг

Среди феноменов высокоскоростного солнечного ветра особенно важны потоки, достигающие Земли. При этом сама планета играет роль ускорителя частиц, о чем свидетельствует факт шестикратного увеличения частоты ионосферных вторжений из космоса масс протонов в середине декабря.

Полное солнечное излучение

В свете вышеизложенного представляется естественным усиление полного солнечного излучения в 2009–2011 годах при движении Юпитера на небольших расстояниях в направлении к Солнцу (Рис. 31).

Рис. 31. Динамика полного солнечного излучения в период приближения Юпитера к точке перигелия до 17 марта 2011 г. (ср. с рис. 18,19, 24 и 26). По данным SORCE. Solar Radiation & Climate Experiment

Часть пути планеты Земля к точке перигелия в декабре обычно приходится на кратковременное волнообразное повышение энергии полного солнечного излучения (Рис. 32).

Рис. 32. Вариации полного солнечного излучения под влиянием Земли. Осреднение методом наложенных эпох за 2003-2020 гг

Правило активизации Солнца в условиях приближения планеты действует в отношении полного солнечного излучения и при движении Меркурия (Рис. 33).

Рис. 33. Рост мощности полного солнечного излучения под влиянием близкого Меркурия. Осреднение за 2003-2020 гг

Привлечение дополнительных материалов наблюдений за полным солнечным излучением не меняет сделанных выводов.

Отклик ионосферы

Процессы, описанные выше, интересны для нас главным образом тем, что они могут выступать в качестве причины изменений геосфер, в первую очередь ионосферы. Обнаружение следов возмущения ионосферы будет означать высокую вероятность возникновения энергетических аномалий в окружающей среде, например, землетрясений, гроз и т.д.

Об активности ионосферы в целом можно судить по индексу WU, часовые и суточные значения которого рассчитываются в Институте Земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н. В. Пушкова РАН с 1994 года.

Импульс, порожденный движением Юпитера к Солнцу, вызывает соответствующую реакцию ионосферы (Рис. 34).

Рис. 34. Возмущенность ионосферы во время движения Юпитера к точке перигелия (ср. с рис. 18, 19, 24, 26 и 31)

Активизация ионосферы в декабре представляет собой своего рода эхо в виде отраженной энергии, которая была передана Солнцу Землей в момент ее приближения (Рис. 35).

Рис. 35. Декабрьская аномалия ионосферы (ср. с Рис. 16, 21, 22, 29 и 32). Осреднение методом наложенных эпох за 1994-2021 гг

Материалы многолетних наблюдений за состоянием ионосферы позволяют говорить о реальности влияния Меркурия на Землю (Рис. 36).

Рис. 36. След Меркурия в ионосфере Земли (ср. с рис. 5, 10, 13, 17, 23 и 33). Осреднение за 1994-2022 гг

Как известно, возмущение ионосферы часто сопровождается сейсмической активностью, поэтому можно априори считать, что одним из последствий приближения нашей планеты к Солнцу в декабре должно быть увеличение частоты землетрясений. Для проверки этого предположения целесообразно использовать статистику по широтной полосе 35-37°с. ш., отличающейся максимальной чувствительностью к внешним воздействиям (см. «Параллель Веронне в природе и обществе»). Результат анализа соответствует ожиданиям (Рис. 37).

Рис. 37. Декабрьский максимум сейсмической активности на широте 35-37°с.ш. Землетрясения М ≥5. Осреднение за 1951-2021 гг. по 533 событиям. Расчет по данным International Seismological Centre

Таким образом, движение планет к точке перигелия имеет отдаленные последствия в ближнем космосе, включая обратные связи Земли.

Заключение

Установленные факты придают теоретический статус гипотезе о деформациях внешних оболочек Солнца, вызываемых планетами на завершающем этапе их движения по эллиптическим орбитам. Эта концепция открывает широкие перспективы для дальнейших исследований и создает основу для разработки методов прогнозирования. Накопленные материалы многовековых наблюдений ждут эмпирического обобщения о закономерной упорядоченности солнечного излучения типа правила чередования высот четных и нечетных циклов, которое более 70 лет назад вывели Мстислав Николаевич Гневышев и Александр Иванович Оль.

Эффект Шемякина прослеживается примерно на 10% орбитального пути Юпитера, Земли и Меркурия. Большую часть времени движения этих трех планет с прямым вращением и все время движения планет с обратным вращением активность Солнца находится в зависимости от обмена крутящим моментом между невидимыми оболочками небесных тел, состоящими из первоэлемента ньютония (см. Рис. 1-5, 7-8, 10-33).