Ескізи Сонця, зроблені Йоганнесом Кеплером у 1607 році, можуть дати новий поштовх у важливій дискусії про природу сонячних циклів і навіть допомогти прогнозувати майбутню сонячну активність. Те, що Кеплер вважав, що малює Меркурій, а не холодну пляму на Сонці, не має значення.
Після того, як Галілей використав свій телескоп для зміни нашого розуміння Місяця і планет, він та інші звернули свою увагу до набагато більш небезпечного об’єкта — Сонця. Хоча китайські астрономи записували існування сонячних плям дві тисячі років тому, спостереження Томаса Гарріота, Галілея і Христофора Шайнера, які почалися в 1610 році, надали перші записи про кількість і розташування сонячних плям.
Насправді, Кеплер випередив їх, і без телескопа. Натомість він використовував “камера обскура” — пристрій, який і сьогодні використовується як для навчання фізиці, так і для безпечного спостереження за затемненнями. Це означало, що Кеплер міг бачити лише найбільші сонячні плями, але його час виявився безцінним.
З 1715 року активність сонячних плям піднімається і падає на 11-річному циклі. Іноді піки приходять трохи раніше чи пізніше, і їх висота варіюється, але загалом модель досить регулярна для прогнозів. З 1645 по 1715 рік майже не було сонячних плям, не кажучи вже про цикл, під час так званого мінімуму Маундера.
Дискусії тривають щодо ситуації до мінімуму Маундера — чи були цикли подібними до нинішніх, або ж вони були зовсім іншими? У першому випадку це свідчить про те, що 11-річні цикли є нормою, навіть якщо вони зникають на деякий час. У другому випадку ми можемо жити в рідкісний період стабільності зазвичай більш непостійного Сонця.
Якби це стосувалося лише сонячних плям, це могло б не мати великого значення — але тепер ми знаємо, що цикл сонячних плям пов’язаний з геомагнітними бурями, які становлять серйозну загрозу для супутників і електричних мереж.
Річні кільця дерев дають запис сонячної активності, але точність цих даних викликає суперечки. Одна реконструкція на основі даних річних кілець вказує на цикл лише в 5 років, за яким слідував цикл в 16 років, перед мінімумом Маундера.
“Якщо це правда, то це дійсно цікаво. Однак інша реконструкція на основі річних кілець показала послідовність сонячних циклів з нормальними тривалостями”, — сказав автор дослідження Хісаші Хаякава з університету Нагоя в заяві. “Тоді яку реконструкцію ми повинні довіряти? Надзвичайно важливо перевірити ці реконструкції за допомогою незалежних — бажано спостережних — записів.”
Це питання можна було б вирішити, якби у нас було кілька років даних про сонячні плями, саме тут і входять в гру ескізи Кеплера. Зроблені з інтервалом в дві години в його будинку і майстерні в цитаделі Праги, вони не надають ідеального розміру вибірки, що спочатку призвело до того, що багато астрономічних істориків відкидали їхню цінність. Хаякава вважає, що це помилка.
Важливо не те, що Кеплер виявив сонячну пляму, а її місцезнаходження. Сонячні плями змінюються не лише за кількістю в ході сонячного циклу, їх розташування також змінюється. Коли цикл починається, вони найбільш поширені на півдорозі між екватором і полюсами Сонця, але в міру прогресу циклу типове розташування наближається до екватора.
Це середні значення — мала кількість плям, які намалював Кеплер, могли бути винятками, але знання їхнього розташування може допомогти точно визначити час циклу, особливо в поєднанні з більш розширеними ескізами, починаючи з трьох років потому.
Щоб розібратися в цьому, ми повинні не тільки припустити, що малюнок Кеплера був точним з обмеженою технологією, яку він мав, але і встановити кут, під яким він дивився, щоб знайти екватор і полюси Сонця. На щастя, Кеплер, один з найретельніших геніїв, також надав малюнок, як він зробив спостереження.
Враховуючи кут обладнання Кеплера, Хаякава та його колеги дійшли висновку, що два зображення Кеплера представляють велику групу сонячних плям на низьких широтах, статистично набагато ймовірніших ближче до кінця циклу. Якби він подивився ще раз через рік або два, автори підозрюють, що ймовірність побачити пляму була б низькою.
Якщо це правильно, враховуючи значну невизначеність, це свідчить про те, що цикл, який спостерігали Галілей та інші (відомий як -13, рахуючи назад від 1755 року, коли вперше було визнано пік), був звичайної тривалості. Це б зміцнило ідею, що цикли до мінімуму Маундера були подібними до сучасних.
“Як сказав один з моїх колег, цікаво бачити, як спадщина історичних діячів передає важливі наукові висновки сучасним вченим навіть через століття”, — сказала співавторка Сабріна Бехет з Королівської обсерваторії Бельгії. “Сумніваюся, що вони могли уявити, що їхні записи будуть корисні науковій спільноті набагато пізніше, після їхньої смерті. Ми все ще маємо багато чого навчитися від цих історичних діячів, окрім самої історії науки. У випадку з Кеплером, ми стоїмо на плечах наукового гіганта.”
Це трохи іронічно, що космічний телескоп, названий на честь Кеплера, мав завдання спостерігати транзити далеких планет через їхні зорі і відрізняти їх від зоряних плям, враховуючи, що спочатку він думав, що бачить Меркурій. Насправді, він запізнився на два роки, щоб побачити найвнутрішню планету на тлі Сонця і визнав свою помилку в 1618 році, коли сонячні плями стали відомі краще.
Однак, враховуючи наукове золото, яке Кеплер створив з цієї помилки, можливо, телескоп названий на його честь навіть краще, ніж ми могли знати.
