Un astronom din sec. XVII a crezut că a schițat Mercur în jurul Soarelui, dar a rezolvat un mister actual

Astronomul german Johannes Kepler a realizat schițe ale petelor solare în 1607, pe baza observațiilor sale de pe suprafața Soarelui – iar secole mai târziu, aceste desene de pionierat ajută oamenii de știință să rezolve un mister solar, transmite CNN.

Chiar dacă totul în sistemul solar se învârte în jurul soarelui, oamenii de știință nu au reușit încă să dezlege multe dintre secretele stelei.

Cu toate acestea, studierea variabilității soarelui de-a lungul timpului, inclusiv a ciclului solar, ar putea răspunde la unele dintre cele mai vechi întrebări cu privire la globul de foc și la modul în care acesta se schimbă.

Unele dintre aceste întrebări se învârt în jurul activității solare din secolul al XVII-lea, care a fost o perioadă crucială pentru studiul soarelui.

Astronomii au observat pentru prima dată petele solare cu ajutorul telescoapelor în 1610. În același timp, soarele făcea o tranziție neobișnuită către o perioadă prelungită de activitate slăbită. Iar schițele lui Kepler, ignorate de mult timp pentru că erau mai degrabă desene decât observații telescopice, ar putea oferi informații istorice esențiale.

Un nou studiu care recreează circumstanțele în care Kepler și-a făcut desenele a apărut luna trecută în The Astrophysical Journal Letters.

„Kepler a contribuit la multe repere istorice în astronomie și fizică în secolul al XVII-lea, lăsându-și moștenirea chiar și în era spațială”, a declarat într-un comunicat autorul principal al studiului, Hisashi Hayakawa, profesor asistent la Institutul de Cercetare a Mediului Spațiu-Pământ al Universității Nagoya.

„Aici, ne adăugăm la aceasta, arătând că înregistrările de pete solare ale lui Kepler preced cu câțiva ani înregistrările telescopice de pete solare existente din 1610. Schițele sale privind petele solare servesc drept mărturie a perspicacității sale științifice și a perseverenței sale în fața constrângerilor tehnologice.”

Activitatea tumultoasă a soarelui

Soarele experimentează un ciclu de 11 ani de creștere și descreștere a activității, cunoscut sub numele de ciclu solar. În prezent, oamenii de știință cred că soarele atinge sau se apropie de maximul solar, vârful anual al activității sale pentru ciclul solar actual, numit ciclul solar 25.

Maximul solar este de obicei asociat cu o creștere a numărului de pete solare vizibile pe suprafața soarelui. Aceste regiuni întunecate, dintre care unele pot ajunge la dimensiunea Pământului sau chiar mai mari, sunt determinate de câmpurile magnetice puternice și în continuă schimbare ale soarelui.

În prezent, oamenii de știință urmăresc activitatea solară folosind date de la observatoarele terestre și spațiale, hărți magnetice ale suprafeței solare și observații în ultraviolete ale atmosferei exterioare a soarelui.

Cu secole în urmă, simpla încercare de a observa soarele era dificilă.

Petele solare au fost observate cu ochiul liber prin ceață, fum de la incendii sau în apropierea răsăritului sau apusului soarelui, când atmosfera a contribuit la diminuarea strălucirii soarelui, a declarat Mark Miesch, cercetător științific la Centrul de predicție a vremii spațiale al Administrației Naționale Oceanice și Atmosferice din Boulder, Colorado. Miesch nu a fost implicat în noua cercetare.

Kepler a folosit un aparat numit camera obscură, care folosea o mică gaură în peretele instrumentului pentru a proiecta imaginea soarelui pe o foaie de hârtie și a schițat caracteristicile pe care le-a observat. Kepler a crezut în mod eronat că a surprins Mercur mișcându-se pe orbita Soarelui în mai 1607, dar și-a retras raportul 11 ani mai târziu și a stabilit că a observat un grup de pete solare.

„Deoarece această înregistrare nu a fost o observație telescopică, ea a fost discutată doar în contextul istoriei științei și nu a fost utilizată pentru analize cantitative pentru ciclurile solare din secolul al XVII-lea”, a declarat Hayakawa.

„Dar aceasta este cea mai veche schiță a petei solare realizată vreodată cu o observație instrumentală și o proiecție. Ne-am dat seama că această schiță a petei solare ar trebui să ne poată spune locația petei solare și să indice faza ciclului solar din 1607, atâta timp cât reușim să restrângem punctul și momentul observației și să reconstruim înclinarea coordonatelor heliografice – adică pozițiile elementelor de pe suprafața Soarelui – la acel moment”.

Un “mare minim” solar

Petele solare nu sunt singurul mod în care oamenii de știință pot înțelege schimbările din soare. Variațiile din câmpul magnetic al soarelui reglează mișcarea particulelor de mare energie, numite raze cosmice, prin spațiu, a spus Miesch.

Atunci când razele cosmice lovesc atmosfera Pământului, ele pot schimba chimia acesteia, inclusiv echilibrul de carbon.

„În timp, acest carbon este încorporat în plante și animale, chiar și în noi înșine”, a spus Miesch. „Inelele arborilor oferă o oportunitate unică de a urmări schimbarea carbonului de la un an la altul. Unele inele din copacii străvechi pot fi urmărite cu mii de ani în urmă. Izotopii carbonului și ai altor elemente pot fi urmăriți în mod similar prin intermediul bulelor de aer prinse în carote de gheață glaciară.”

Izotopii de carbon prinși în inelele arborilor și în miezurile de gheață au fost utilizați pentru a contextualiza observațiile privind petele solare antice și pentru a extinde înțelegerea noastră asupra activității solare înainte de apariția observațiilor privind petele solare, a declarat Miesch.

Astfel de date au fost utilizate pentru a ajuta astronomii să înțeleagă “minimul Maunder”, o perioadă de cicluri solare extrem de slabe și anormale între 1645 și 1715. În timpul acestui așa-numit mare minim solar, petele solare au dispărut practic, iar cele câteva care au fost observate au apărut doar în emisfera solară sudică. Mecanismul de bază al “marelui minim” solar este dezbătut și astăzi de astronomi, mai ales în încercarea de a stabili când și dacă ar putea avea loc în secolele viitoare.

Dar astronomii sunt de acord că modelul de activitate solară a trecut treptat de la ciclurile regulate la marele minim.

O analiză anterioară a inelelor arborilor a sugerat că un ciclu solar scurt, Ciclul Solar minus 14, a durat doar aproximativ cinci ani și a condus la un ciclu solar extrem de lung, de 16 ani, cunoscut sub numele de Ciclul Solar minus 13.

„Dacă ar fi adevărat, acest lucru ar fi într-adevăr interesant”, a spus Hayakawa. „Cu toate acestea, o altă reconstrucție bazată pe inelele arborilor a indicat o secvență de cicluri solare cu durate normale (11 ani). Atunci, în care reconstituire ar trebui să avem încredere? Este extrem de important să verificăm aceste reconstrucții cu înregistrări independente – de preferință observaționale”.

Astfel, el a apelat la schițele lui Kepler.

Hayakawa și colegii săi au tradus raportul original al lui Kepler, scris în latină, pentru a înțelege orientarea exactă a schițelor sale privind petele solare, precum și pentru a restrânge intervalul de timp și locurile în care Kepler a făcut observațiile.

Hayakawa a vizitat apoi locuri din Praga, inclusiv reședința lui Kepler de la Coroana Franceză și atelierul mecanicului Curții Justus Burgi, pentru a înțelege mai bine topografia de unde Kepler a văzut petele solare.

Instrumentele moderne de prelucrare a datelor le-au permis lui Hayakawa și colegilor săi să calculeze înclinarea petei solare și să determine locația acesteia pe Soare. De asemenea, ei au aplicat legea lui Spörer, observată pentru prima dată de astronomul amator englez Richard Christopher Carrington, dar dezvoltată ulterior de astronomul german Gustav Spörer, care a descris o migrație a petelor solare de la latitudini mai înalte la latitudini mai joase în timpul unui ciclu solar.

Echipa de cercetare a stabilit că grupul de pete solare observat de Kepler aparținea sfârșitului ciclului solar minus 14 și nu începutului ciclului solar minus 13.

Constatările susțin ideea că ciclul solar minus 13 a avut o durată regulată de 11 ani și nu de 16 ani. De asemenea, cercetătorii au putut estima că Ciclul Solar minus 13 a început probabil între 1607 și 1610.

„Acest lucru arată o tranziție tipică de la ciclul solar precedent la ciclul următor, în conformitate cu legea lui Spörer”, a declarat într-un comunicat coautorul studiului, Thomas Teague, observator la Solar Influences Data Analysis Center din cadrul Observatorului Regal din Belgia.

Având în vedere că cel mai lung ciclu solar înregistrat vreodată în ultimele trei secole a durat 14 ani, este timpul să găsim un alt precursor științific pentru minimul Maunder, a spus Hayakawa.

Moștenirea durabilă a lui Kepler

Există încă multe de învățat de la figuri istorice precum Kepler, a declarat coautorul studiului Sabrina Bechet, cercetător la Observatorul Regal din Belgia.

„După cum mi-a spus unul dintre colegii mei, este fascinant să vezi cum înregistrările moștenite de figurile istorice transmit implicații științifice cruciale oamenilor de știință moderni, chiar și secole mai târziu”, a spus Bechet. „În cazul lui Kepler, ne aflăm pe umerii unui gigant științific”.

Schițele lui Kepler contribuie la informarea dezbaterilor în curs cu privire la ciclurile solare care au condus la minimul Maunder, ceea ce ar putea ajuta, de asemenea, astronomii să modeleze condițiile dinaintea evenimentului, a declarat Hayakawa.

„Prin situarea descoperirilor lui Kepler în cadrul unor reconstrucții mai ample ale activității solare, oamenii de știință obțin un context crucial pentru interpretarea schimbărilor în comportamentul solar în această perioadă crucială care marchează tranziția de la ciclurile solare regulate la marele minim solar”, a spus el.

Miesch a numit noul studiu o „lucrare impresionantă” și un exemplu de muncă de detectiv care extrage noi informații din înregistrările istorice.

„Lunga istorie a observațiilor privind petele solare oferă o legătură de-a lungul veacurilor cu generații de astronomi care au privit soarele cu venerație și curiozitate, care a progresat de la superstiție la examinarea științifică și la înțelegere. Este încurajator să vedem că astronomii din trecut continuă să contribuie la descoperirile științifice. Iar eforturile lor sunt mai importante acum decât și-ar fi putut imagina vreodată, pe măsură ce societatea noastră tehnologică devine din ce în ce mai vulnerabilă la fluctuațiile atemporale ale activității solare”.