Naukowcy od wieków badają 11-letni cykl słoneczny, ale dopiero od kilkudziesięciu lat zaczynamy go rozumieć. Wiemy, że w czasie słonecznego maksimum nasza gwiazda bombarduje Ziemię olbrzymią ilością naładowanych cząstek, które zakłócają pracę satelitów i sieci energetycznych.

Cykl słoneczny ma też pewien wpływ na klimat, gdyż różnice w irradiancji mogą powodować drobne zmiany w średniej temperaturze powierzchni oceanów i wpływać na wzorce opadów. Mimo wielu lat badań wciąż nie powstał model, który pozwoliłby dokładnie przewidzieć główne cechy każdego cyklu, takie jak długość jego trwania i siłę każdej z faz. Cykl słoneczny jest zjawiskiem tak stabilnym i widocznym, że musi być coś, co przeoczyliśmy, uważa Ofer Cohen, zajmujący się fizyką Słońca na University of Massachusetts. Jego zdaniem, jedną z przeszkód, dla których trudno zrozumieć ten cykl jest fakt, iż prawdopodobnie wpływ nań ma pole magnetyczne naszej gwiazdy, a ono jest przed nami ukryte. To może się jednak zmienić.

Tim Linden i jego zespół z Ohio State University zmapowali przepływ wysoko energetycznych cząstek na powierzchni Słońca i znaleźli potencjalny związek pomiędzy ich emisją, zmianami pola magnetycznego gwiazdy, a cyklami.

W swoich najnowszych badaniach, które czekają na publikację w Physical Review Letters, naukowcy przeanalizowali dane z Fermi Gamma-ray Space Telescope. Ze zdumieniem zauważyli, że najbardziej intensywna emisja promieniowania gamma ze Słońca wydaje się skorelowana z najspokojniejszym okresem cyklu. Podczas ostatniego minimum słonecznego, z lat 2008-2009 Fermi odkrył osiem epizodów wysokoenergetycznego promieniowania gamma. Energia każdego z nich przekraczała 100 gigaelektronowoltów. Jednak przez kolejnych osiem lat, gdy Słońce wychodziło z minimum i zbliżało się do maksimum, nie zarejestrowano żadnych wysokoenergetycznych promieni gamma. Linden uważa, że jest mało prawdopodobne, by był to przypadek. Jego zdaniem zjawisko to ma ma związek z cyklem słonecznym, jednak jego mechanizm pozostaje tajemnicą.

Zespół Lindena spekuluje, że promienie gamma są emitowane przez Słońce gdy potężne promienie kosmiczne uderzają w powierzchnię naszej gwiazdy. Kiedy promieniowanie kosmiczne trafia na cząstkę w atmosferze Słońca, pojawia się cała grupa innych cząstek i dochodzi do promieniowania, w tym promieniowania gamma. Zwykle promieniowanie takie powinno być całkowicie pochłonięte przez Słońce. Jednak część tego promieniowania może zostać odbita przez silne fluktuacje pola magnetycznego i promieniowanie gamma wydostaje się poza gwiazdę.

Jeśli hipoteza Lindena jest prawdziwa, to nic dziwnego, że promieniowanie gamma jest skojarzone z minimum słonecznym. Jak zauważa astronom Randy Jokipii z University of Arizona, w czasie minimum słonecznego z gwiazdy wydostaje się mniej naładowanych cząstek, które chronią cały Układ Słoneczny przed promieniowaniem kosmicznym. Gdy jest ich mniej, więcej promieniowania kosmicznego trafia do Układu, w tym do samego Słońca. Zwiększona liczba promieniowania padająca na naszą gwiazdę powinna zatem skutkować większą emisją promieniowania gamma.

To jednak nie koniec zaskakujących odkryć. Zespół Lindena zauważył, że w czasie minimum słonecznego większość promieniowania gamma o energii większej niż 50 GeV pochodzi z okolic równika, ale w innych okresach cyklu słonecznego promieniowanie to pochodzi z biegunów. To oznacza, że podczas minimum emisja promieniowania gamma jest najbardziej intensywne na równiku, a podczas maksimum – na biegunach. Przyczyna tej zmiany pozostaje nieznana. Próbowałem wyobrazić sobie, jaki mechanizm może to powodować i, a to jeden z nielicznych przypadków w moim życiu zawodowym, nie znalazłem żadnego możliwego wytłumaczenia, stwierdza Jokipii. Z kolei Ofer Cohen zauważa, że podobnemu procesowi przesuwania się od równika ku biegunom podlegają plamy słoneczne. Brak jednak wyjaśnienia tego mechanizmu.

Widoczne są jednak także inne korelacje. Wspomnianych 8 epizodów wysokoenergetycznego promieniowania gamma miało miejsce w ciągu jednego roku. Dwa epizody nastąpiły w odstępie kilku godzin on siebie, w tym samym czasie, w którym doszło do koronalnego wyrzutu masy. Linden, gdy to zauważył, jeszcze raz przyjrzał się danym z Fermi i znalazł kolejny epizod wysokoenergetycznego promieniowania gamma powiązany czasowo z koronalnym wyrzutem masy. Jednak, jak podkreśla, sześć innych epizodów promieniowania nie było powiązanych z wyrzutem masy. Z kolei najwięcej koronalnych wyrzutów masy ma miejsce podczas maksimum słonecznego.

Naukowcy mają nadzieję, że dalsze badania nad emisją promieniowania gamma ze Słońca pozwolą na powiązanie tego zjawiska z polem magnetycznym, przez co umożliwią jego badanie i wyjaśnienie fenomenu cykli słonecznych.