Maunderovo minimum

Byla sluneční funce v 17. století raritou?

Robert Sanders

BERKELEY ? Záhadný sluneční funus 17. století, který někteří spojují s malou dobou ledovou v Evropě a s globálními změnami klimatu, se díky novým pozorováním astronomů Kalifornské univerzity v Berkeley stává ještě větší záhadou.

Po dobu 70 let, od roku 1645 do roku 1714, nezaznamenali první astronomové téměř žádnou aktivitu slunečních skvrn. Počet slunečních skvrn – chladnějších oblastí na Slunci, které se na pozadí jasnějšího okolí jeví jako tmavé – podle některých odhadů klesl tisíckrát. Ačkoli dnes aktivita na Slunci klesá a klesá v jedenáctiletém cyklu, tak klidná od té doby nebyla.

Od roku 1976, kdy bylo poukázáno na to, že toto dlouhé období nízké aktivity slunečních skvrn, takzvané Maunderovo minimum, se shodovalo s nejchladnější částí malé doby ledové v Evropě a Severní Americe, pátrají astronomové po příkladech hvězdných minim u blízkých hvězd podobných Slunci. Doufali, že se jim podaří zjistit, jak častá taková minima jsou, a předpovědět příští sluneční minimum – a možná i další období globálního ochlazení.

Nyní údaje skupiny astronomů z Kalifornské univerzity v Berkeley zpochybňují stovky hvězd považovaných za příklady hvězdných minim analogických klidnému období, které Slunce zažilo před 300 lety.

V posteru, který bude prezentován v pondělí 31. května na denverském zasedání Americké astronomické společnosti, ukazuje postgraduální student Kalifornské univerzity v Berkeley Jason Wright, že téměř všechny údajně Slunci podobné hvězdy vykazující minimální aktivitu jsou ve skutečnosti mnohem jasnější a výrazně odlišné od Slunce, a proto nejsou příkladem Maunderových minim. Podle Wrighta tato zjištění zpochybňují všechny studie využívající tyto hvězdy k vyvozování závěrů o vlastní aktivitě Slunce a budoucích minimech.

„Při průzkumech hvězd se obvykle zjistí, že 10 až 15 procent všech hvězd podobných Slunci je v neaktivním stavu, jako je Maunderovo minimum, což by znamenalo, že Slunce tráví v tomto stavu asi 10 procent svého času,“ řekl Wright. „Naše studie však ukazuje, že naprostá většina hvězd identifikovaných jako Maunderovo minimum se nachází vysoko nad hlavní posloupností, což znamená, že vůbec nejsou podobné Slunci, ale jsou to buď vyvinuté hvězdy, nebo hvězdy bohaté na kovy, jako je železo a nikl. Dosud jsme nenašli žádnou hvězdu, která by byla jednoznačně hvězdou Maunderova minima.“

„Mysleli jsme si, že víme, jak odhalit hvězdy Maunderova minima, ale nevíme,“ řekl.“

Hlavní posloupnost je oblast, kde se shlukují normální, trvale hořící hvězdy, když je vyneseme na graf závislosti barvy na jasnosti. Jak však hvězdy stárnou, stávají se červenějšími a jasnějšími – stávají se takzvanými podhvězdami – a posouvají se směrem nahoru mimo hlavní posloupnost. Slunce je na hlavní posloupnosti asi 5 miliard let, od té doby, co se ustálilo po zažehnutí vodíkové fúze ve svém jádře, a zůstane tam dalších 5 miliard let, dokud nezačne bobtnat a nestane se z něj subobr.

„Faktem je, že stále nerozumíme tomu, co se děje v našem Slunci, jak magnetické pole vytváří 11letý sluneční cyklus nebo co způsobilo magnetické Maunderovo minimum,“ řekl Wrightův poradce Geoffrey Marcy, profesor astronomie na Kalifornské univerzitě v Berkeley. „Zejména nevíme, jak často se hvězdy podobné Slunci dostávají do Maunderova minima nebo kdy nastane další minimum. Může to být už zítra.“

Na pokles sluneční aktivity na přelomu 17. a 18. století upozornil svět v roce 1893 anglický astronom Edward Walter Maunder, který ve stejném období zaznamenal také pokles intenzity a četnosti polárních září, které jsou způsobeny bouřkami na Slunci. V roce 1976 astronom John Eddy opět přezkoumal různé důkazy o Maunderově minimu a dospěl nejen k závěru, že je skutečné, ale citoval i práci z roku 1961, která dává toto minimum do souvislosti se současným obdobím ochlazení v celé Evropě, možná v důsledku sníženého výdeje energie ze Slunce. Slunce a jemu podobné hvězdy jsou v době nečinnosti slabší.

Myšlenka Maunderova minima je však kontroverzní, protože nikdo ve skutečnosti neví, jak pozorně lidé pozorovali Slunce v polovině 16. století, tedy pouhých 40 let po vynálezu dalekohledu. Neexistují žádné záznamy o sluneční aktivitě před Maunderovým minimem, ačkoli nárůst aktivity signalizoval jeho konec v roce 1714.

Nejistota panuje také kolem příčiny malé doby ledové, která začala kolem roku 1300 n. l. a trvala několik set let. Byla charakterizována chladnějšími zimami než obvykle a chladnými léty na celé severní polokouli a mohla být způsobena skleníkovými plyny a pevnými částicemi vyvrhovanými do atmosféry vulkány nebo výkyvy ve slunečním záření.

Mnozí odborníci na klima však berou Maunderovo minimum vážně a astronomové sestavili dlouhý seznam hvězd, u nichž se údajně projevil stejný pokles aktivity, o čemž svědčí snížená emise prvku vápníku v atmosféře hvězdy. Sluneční aktivita je charakterizována silnými magnetickými poli, která zahřívají horní vrstvy sluneční atmosféry neboli chromosféru na přibližně 8 000 až 10 000 stupňů Kelvina, čímž vzrušují vápník k emisi modrého světla.

Otázkou podle Wrighta je, zda je příčinou snížené emise vápníku hvězdné Maunderovo minimum nebo něco jiného, například stáří – hvězdy se s přibývajícím věkem otáčejí pomaleji, ztrácejí magnetické dynamo a přestávají produkovat magnetická pole a skvrny – nebo vysoký obsah kovů. „Nyní jsme zjistili, že to není z Maunderova minima,“ řekl.

„Astronomové předpokládali, že hvězdy podobné Slunci, které procházejí hvězdnou funkcí, jsou ve skutečnosti velmi, velmi staré hvězdy, jejichž magnetická pole se navždy vypnula. Nejsou v dočasném
maunderově minimu, ale v trvalém. Jsou mrtvé,“ řekl Marcy. „Slunce se v tomto stavu ocitne zhruba za 4 miliardy let.“

„Z toho vyplývá, že pokud i jiné hvězdy procházejí vlastními Maunderovými minimy, pak se buď jedná o vzácný jev téměř nezjištěný při průzkumech aktivity, nebo na něj nemusí nutně ukazovat nízká úroveň emise vápníku …,“ napsal Wright. Proto, dodal, je zapotřebí nějaké jiné kritérium k rozeznání těchto hvězd v útlumu.

Problém s hvězdami, o nichž se předpokládá, že se nacházejí v Maunderově minimu, zůstal nepovšimnut, protože až v roce 1998 byla vypuštěna družice Hipparcos, která začala určovat přesné vzdálenosti mnoha blízkých hvězd. Poté bylo možné vypočítat absolutní jasnost těchto hvězd a přesně je umístit do grafu barevné jasnosti, známého jako Hertzsprungův-Russellův diagram.

Wright se rozhodl systematicky zkoumat hvězdy v Maunderově minimu poté, co si spolu s Marcym všimli, že mnoho zdánlivě neaktivních blízkých hvězd je ve skutečnosti jasnějších než hvězdy hlavní posloupnosti. Shromáždili spektra více než 1 000 blízkých hvězd a hledali v nich důkazy o existenci planet.

Wright při své analýze použil údaje programu Hipparcos o vzdálenosti k určení absolutní jasnosti několika tisíc blízkých hvězd, které byly zkoumány nejen v rámci Marcyho kalifornského a Carnegieho programu hledání planet, ale také v rámci dalších projektů, jako jsou Mount Wilson H-K Project a Project Phoenix. Poznamenal, že některé z hvězd dříve identifikovaných jako hvězdy Maunderova minima mohou být hvězdy bohaté na kovy, které také hoří jasněji než naše Slunce a vykazují menší aktivitu. K charakterizaci těchto tichých hvězd je zapotřebí další analýza blízkých hvězd.

Zjištění, která byla předložena časopisu Astrophysical Journal, jsou výsledkem práce podporované společností Sun Microsystems, Národním úřadem pro letectví a vesmír a Národní vědeckou nadací.