Команда японських і бельгійських астрономів за допомогою сучасних аналітичних методів повторно дослідила малюнки сонячних плям, зроблені астрономом 17-го століття Йоганном Кеплером. Зробивши це, вони розгадали давню таємницю сонячних циклів у той період, згідно з нещодавньою статтею, опублікованою в The Astrophysical Journal Letters.
Хто саме вперше спостерігав плями на Сонці, було предметом гострих дискусій на початку 17 століття. Тепер ми знаємо, що стародавні китайські астрономи між 364 і 28 роками до нашої ери спостерігали ці особливості та включили їх у свої офіційні записи. Бенедиктинський монах у 807 році думав, що він спостерігав Меркурій, що проходить перед Сонцем, хоча насправді він спостерігав пляму на Сонці. Подібні помилкові тлумачення були також поширені в 12 столітті. Англійський чернець зробив у грудні 1128 року перші відомі малюнки сонячних плям.
Англійський астроном Томас Гарріот зробив перші спостереження сонячних плям за допомогою телескопа наприкінці 1610 року та записав їх у своїх блокнотах. Як і Галілей приблизно в той же час, хоча останній не опублікував наукову статтю про сонячні плями (що супроводжувалась ескізами) до 1613 року. Галілей також стверджував, що плями не були, як деякі вважали, супутниками Сонця, а більше схожі на хмари в атмосфері або на поверхні Сонця. Але він не був першим, хто запропонував це; ця заслуга належить голландському астроному Йоганнесу Фабрикусу, який опублікував свій науковий трактат про сонячні плями в 1611 році.
Кеплер прочитав цей конкретний трактат і захопився ним, зробивши за допомогою камери-обскури в 1607 році (опубліковано в трактаті 1609 року) свої спостереження сонячних плям, які він спочатку вважав проходженням Меркурія. Він відкликав цей звіт у 1618 році, дійшовши висновку, що він дійсно бачив групу сонячних плям.
Кеплер зробив свої сонячні малюнки на основі спостережень, проведених як у його власному будинку, так і в майстерні придворного механіка Юста Бургі в Празі. У першому випадку він повідомив про «невелику пляму розміром з маленьку мушку»; у другому — «невелика пляма глибокої темряви в центрі… розміром і виглядом, як тонка блоха».
Тривала дискусія стосується періоду приблизно з 1645 по 1715 роки, протягом якого було дуже мало зареєстрованих спостережень сонячних плям, незважаючи на всі зусилля астрономів. Це була унікальна подія в історії астрономії. Незважаючи на те, що за цей час спостерігали лише близько 59 сонячних плям — у порівнянні з 40 000–50 000 сонячних плям за аналогічний проміжок часу в наш час, астрономи все ж змогли визначити, що сонячні плями, схоже, відбуваються в 11-річних циклах.
Німецький астроном Ґустав Шпорер відзначив різкий спад у статтях 1887 та 1889 років, а його британські колеги, Едвард та Енні Маундер, розширили цю роботу, щоб вивчити, як широти сонячних плям змінювалися з часом. Цей період став відомий як «мінімум Маундера». Шперер також винайшов «закон Шперера», який стверджує, що плями на початку циклу з’являються на вищих широтах у північній півкулі Сонця, поступово переходячи до нижчих широт у південній півкулі у міру проходження циклу, поки новий цикл сонячних плям не почнеться у вищих широтах.
Але як саме сонячний цикл перейшов до мінімуму Маундера, було далеко не ясно. Реконструкції на основі кілець дерев дали суперечливі дані. Наприклад, одна з таких реконструкцій показала, що поступовому переходу передував надзвичайно короткий сонячний цикл приблизно п’ять років або надзвичайно довгий сонячний цикл приблизно 16 років. Інша реконструкція кільця дерев показала, що сонячний цикл мав нормальну тривалість 11 років.
Записи незалежних спостережень можуть допомогти вирішити цю розбіжність. Ось чому Хісасі Хаякава з Університету Нагоя в Японії та співавтори звернулися до малюнків сонячних плям Кеплера для додаткового розуміння, які передували існуючим телескопічним спостереженням на кілька років.
Кількісна оцінка Кеплера
«Оскільки цей запис не був телескопічним спостереженням, він обговорювався лише в контексті історії науки і не використовувався для кількісного аналізу сонячних циклів у 17 столітті», — сказав Хаякава . «Але це найстаріший ескіз сонячної плями, зроблений за допомогою інструментальних спостережень і проекції. Ми зрозуміли, що цей малюнок сонячної плями міг би вказати нам розташування сонячної плями та вказати фазу сонячного циклу в 1607 році, якщо нам вдалося звузити точку спостереження та час і реконструювати нахил геліографічних координат — тобто положення особливостей на поверхні Сонця — у той момент часу».
Кеплер розташував обидві групи сонячних плям у нижньому лівому квадранті своїх малюнків. Хаякава з колегами «депроектував» малюнки (які були показані догори ногами, враховуючи його спостереження обскури за допомогою камери-обскури, і компенсував кут, порівнюючи записи Кеплера з сучасними даними для належної міри. Вони виявили, що сонячні плями розташовані на нижчій широті. Це означає що знаменитий схематичний малюнок Кеплера, представлений у його книзі, суперечить зображенням камери-обскура та оригінальному тексту астронома. Автори припускають, що рисувальник, який створив ілюстрацію, міг переплутати.
Команда покладалася на закон Шпорера, щоб визначити, що група сонячних плям виникла в кінці попереднього сонячного циклу (сонячний цикл-13), а не на початку нового (сонячний цикл-14). Пізніші спостереження в телескоп під час нового циклу розмістили сонячні плями на вищих широтах, дотримуючись закону Шперера. Вони також змогли звузити час для переходу між двома циклами до 1607-1610 років, підтримуючи регулярну тривалість попереднього сонячного циклу, а не надзвичайно короткий або надзвичайно довгий.
«Це захоплююче спостерігати, як записи спадщини історичних діячів передають вирішальний науковий наслідок сучасним вченим навіть через століття», — сказала співавтор Сабріна Беше з Королівської обсерваторії Бельгії. «Я сумніваюся, що вони могли уявити, що їхні записи принесуть користь науковому співтовариству набагато пізніше, після їхньої смерті. Нам ще багато чому можна навчитися у цих історичних діячів, окрім історії самої науки. У випадку з Кеплером ми стоїмо на плечах наукового гіганта».
За матеріалами: ArsTechnica
