Pionierskie szkice Keplera pozwalają rozwiązać tajemnice Słońca po 400 latach

Odtwarzając warunki obserwacji wielkiego astronoma i stosując prawo Spörera, pozwalające na przewidywanie zmian położenia plam słonecznych, w świetle współczesnych statystyk, międzynarodowa grupa współpracująca pod przewodnictwem Uniwersytetu Nagoya w Japonii zmierzyła położenie grupy plam słonecznych odnotowanych przez Keplera. 

Czym są plamy słoneczne?

Plamy słoneczne to obszary na powierzchni Słońca, które wydają się ciemniejsze z powodu intensywnej aktywności magnetycznej. Ich występowanie, częstotliwość i rozkład szerokości geograficznej pojawiają się w cyklach, które wpływają na promieniowanie słoneczne i pośrednio również na pogodę i klimat na Ziemi. 

Odkrycia naukowców, opublikowane w "Astrophysical Journal Letters", stanowić może klucz do rozwiązania kontrowersji na temat czasu trwania cykli słonecznych na początku XVII wieku. Są one związane z przejściem od regularnych cykli słonecznych do wielkiego minimum słonecznego (okresu z bardzo niewielką liczbą plam słonecznych), znanego jako Minimum Maundera (1645–1715). Okres ten pokrywa się z tzw. małą epoką lodowcową, czyli okresem znacznego ochłodzenia klimatu na Ziemi na przełomie XVII i XVIII wieku. 

Obserwacje Johannesa Keplera - najstarsze obserwacje plam słonecznych

Johannes Kepler był niemieckim astronomem i matematykiem, najbardziej znany jest z badania ruchu planet, które doprowadziły do opracowania praw rządzących tym ruchem, nazywanymi od jego nazwiska. Kepler prowadził też jako jeden z pierwszych zapis aktywności słonecznej, jeszcze przed zbudowaniem pierwszych teleskopów. Używał do tego aparatu znanego jako camera obscura. Rolę obiektywu odgrywał otwór w ścianie lub suficie, przez który do zaciemnionego pomieszczenia wpadał obraz Słońca, rzutowany na kartkę papieru. Ten rzut szkicował Kepler. 

REKLAMA

W maju 1607 roku odnotował to, co błędnie zinterpretował jako tranzyt (przejście) Merkurego przez Słońce, później zinterpretowane jako obserwacja grupy plam słonecznych. 

Hisashi Hayakawa, główny autor badania, uważa, że ​​naukowcy nie docenili znaczenia tego odkrycia.

- Ponieważ ten zapis nie był obserwacją teleskopową, był omawiany tylko w kontekście historii nauki i nie był używany do ilościowych analiz cykli słonecznych w XVII wieku - powiedział. 

Jak podkreślił naukowiec, to najstarszy szkic plam słonecznych, jaki kiedykolwiek wykonano przy użyciu przyrządów. 

REKLAMA

- Zrozumieliśmy, że ten rysunek plam słonecznych powinien być w stanie wskazać nam lokalizację plamy słonecznej i wskazać fazę cyklu słonecznego w 1607 roku, o ile uda nam się zawęzić punkt obserwacji i czas oraz odtworzyć nachylenie współrzędnych heliograficznych – czyli położenia obiektów na powierzchni Słońca – w momencie obserwacji - dodał badacz. 

• Ostatnie całkowite zaćmienie Słońca w Polsce. Posłuchaj niezwykłej relacji
• Kosmiczny kompromis. Skąd wziął się 29 lutego i lata przestępne?
• Księżyc, który zamienił planetę w karzełka. Charon, Pluton i kosmiczne przypadki

Świadectwo wyjątkowego minimum słonecznego

Obserwacje te miały istotne znaczenie, ponieważ XVII wiek był kluczowym okresem w cyklu słonecznym, nie tylko dlatego, że obserwacje plam słonecznych dopiero się rozpoczęły, ale również dlatego, że wtedy aktywność słoneczna przeszła z normalnych cykli słonecznych do Minimum Maundera, okresu bardzo niskiej aktywności Słońca.

Nie jest do końca jasne, w jaki sposób wzór aktywności słonecznej zmienił się z regularnych cykli na wielkie minimum, poza tym, że przejście było stopniowe. Jedna z poprzednich rekonstrukcji opartych na badaniach słoi drzew zakładała sekwencję składającą się z niezwykle krótkiego cyklu słonecznego (ok. 5 lat) i niezwykle długiego cyklu słonecznego (ok. 16 lat). 

REKLAMA

- Jeśli to prawda, byłoby to rzeczywiście interesujące. Jednak inna rekonstrukcja, również oparta na badaniach słoi drzew, wskazywała na sekwencję cykli słonecznych o normalnych długościach trwania - powiedział Hisashi Hayakawa z Uniwersytetu Nagoya. - Więc której rekonstrukcji powinniśmy zaufać? Niezwykle ważne jest sprawdzenie tych rekonstrukcji za pomocą niezależnych - najlepiej obserwacyjnych - zapisów.

I tutaj nieocenione mogą okazać się obserwacje Keplera. 

Wnioski z analizy szkiców Keplera

Stosując prawo Spörera i wiedzę uzyskaną dzięki nowoczesnym statystykom plam słonecznych, naukowcy zidentyfikowali grupę plam słonecznych jako znajdującą się prawdopodobnie pod koniec 13. cyklu słonecznego, a nie na początku 14. cyklu słonecznego. Odkrycia naukowców kontrastują z późniejszymi obserwacjami teleskopowymi, które pokazują plamy słoneczne na wyższych słonecznych szerokościach geograficznych.

- To pokazuje typowe przejście z poprzedniego cyklu słonecznego do następnego cyklu, zgodnie z prawem Spörera – powiedział Thomas Teague, członek zespołu. 

REKLAMA

Niemiecki astronom Gustav Spörer opisał migrację plam słonecznych z wyższych na niższe szerokości geograficzne podczas cyklu słonecznego. 

Odkrycie to pozwala autorom na przybliżenie przejścia między poprzednim cyklem słonecznym (-14) a następnym cyklem słonecznym (-13) między 1607 a 1610 rokiem, zawężając możliwe daty, kiedy miało to miejsce. Na tej podstawie zapisy Keplera sugerowały regularny czas trwania cyklu słonecznego -13, kwestionując alternatywne rekonstrukcje, które proponują niezwykle długi cykl w tym okresie. 

- Dziedzictwo Keplera wykracza poza jego zdolności obserwacyjne. Informuje o trwających debatach na temat przejścia od regularnych cykli słonecznych do Minimum Maundera, okresu ekstremalnie zmniejszonej aktywności słonecznej i anomalnej asymetrii półkuli Słońca między 1645 a 1715 rokiem - wyjaśnił Hayakawa. - Umieszczając odkrycia Keplera w szerszych rekonstrukcjach aktywności słonecznej, naukowcy uzyskują kluczowy kontekst do interpretacji zmian w zachowaniu Słońca w tym niezwykle istotnym okresie oznaczającym przejście od regularnych cykli słonecznych do wielkiego minimum słonecznego. 

EurekAlert!/Astrophysical Journal Letters/bm

REKLAMA