thumb|upright=1.5|400 anos de história de manchas solares, incluindo o Mínimo de Maunder thumb|upright=1.5|"A previsão para o ciclo solar 24 deu um número máximo suavizado de manchas solares de cerca de 69 no final do verão de 2013. O número suavizado de manchas solares atingiu 68.9 em agosto de 2013, então o máximo oficial foi pelo menos tão alto. O número suavizado de manchas solares aumentou novamente em direção a este segundo pico nos últimos cinco meses de 2016 e ultrapassou o nível do primeiro pico (66.9 em fevereiro de 2012). Muitos ciclos são de pico duplo, mas este é o primeiro em que o segundo pico no número de manchas solares foi maior que o primeiro. Isso foi mais de cinco anos no ciclo 24. O tamanho previsto e observado fez deste o menor ciclo de manchas solares desde o ciclo solar 14, que teve um máximo de 64.2 em fevereiro de 1906."
O ciclo solar, também conhecido como ciclo de atividade magnética solar, ciclo de manchas solares ou ciclo de Schwabe, é uma mudança quase periódica de 11 anos na atividade do Sol medida em termos de variações no número de manchas solares observadas na superfície do Sol. Durante o período de um ciclo solar, os níveis de radiação solar e ejeção de material solar, o número e o tamanho das manchas solares, as erupções solares e os loops coronais exibem uma flutuação sincronizada de um período de atividade mínima para um período de atividade máxima de volta a um período de atividade mínima.
O campo magnético do Sol muda durante cada ciclo solar, com a mudança ocorrendo quando o ciclo solar está próximo de seu máximo. Após dois ciclos solares, o campo magnético do Sol retorna ao seu estado original, completando o que é conhecido como ciclo de Hale.
Este ciclo foi observado durante séculos por mudanças na aparência do Sol e por fenômenos terrestres como a aurora, mas não foi claramente identificado até 1843. A atividade solar, impulsionada tanto pelo ciclo solar quanto pelos processos aperiódicos transitórios, governa o ambiente do espaço interplanetário criando o clima espacial e impactando as tecnologias espaciais e terrestres, bem como a atmosfera da Terra e também possivelmente as flutuações climáticas em escalas de séculos e mais.
Compreender e prever o ciclo solar continua sendo um dos grandes desafios da astrofísica, com grandes ramificações para a ciência espacial e a compreensão dos fenômenos magnetoidrodinâmicos em outras partes do universo.
Definição Os ciclos solares têm uma duração média de cerca de 11 anos. O máximo solar e o mínimo solar referem-se a períodos de contagem máxima e mínima de manchas solares. Os ciclos vão de um mínimo ao seguinte.
História observacional
A ideia de um ciclo solar cíclico foi levantada pela primeira vez por Christian Horrebow com base em suas observações regulares de manchas solares feitas entre 1761 e 1776 no observatório Rundetarn em Copenhagen, Dinamarca. Em 1775, Horrebow observou como "parece que após um certo número de anos, a aparência do Sol se repete em relação ao número e tamanho das manchas".Jørgensen, C.S., Karoff, C., Senthamizh Pavai, V. et al. Sol Phys (2019) 294: 77. Springer Netherlands, https://doi.org/10.1007/s11207-019-1465-z O ciclo solar, entretanto, não seria claramente identificado até 1843, quando Samuel Heinrich Schwabe notou uma variação periódica no número médio de manchas solares após 17 anos de observações solares. From page 235: "Vergleicht man nun die Zahl der Gruppen und der flecken-freien Tage mit einander, so findet man, dass die Sonnenflecken eine Periode von ungefähr 10 Jahren hatten … " (If one compares the number of groups [of sunspots] and the sunspot-free days with one another, then one finds that the sunspots had a period of about 10 years … ) Schwabe continuou a observar o ciclo das manchas solares por mais 23 anos, até 1867. Em 1852, Rudolf Wolf designou o primeiro ciclo solar numerado iniciado em fevereiro de 1755 com base nas observações de Schwabe e outras. Wolf também criou um índice padrão de manchas solares, o número de Wolf, que continua a ser usado hoje.
Entre 1645 e 1715, muito poucas manchas solares foram observadas e registradas. Isso foi notado pela primeira vez por Gustav Spörer e mais tarde foi nomeado o mínimo de Maunder em homenagem à equipe de esposa e marido Annie Maunder e Edward Walter Maunder, que pesquisaram extensivamente esse intervalo peculiar.
Na segunda metade do século XIX, Richard Christopher Carrington e Spörer notaram independentemente o fenômeno das manchas solares aparecendo em diferentes latitudes heliográficas em diferentes partes do ciclo. (ver lei de Spörer) Alfred Harrison Joy descreveria mais tarde como a magnitude na qual as manchas solares são "inclinadas", com o(s) ponto(s) mais próximo(s) do equador do que o(s) ponto(s) posterior(es), cresce com a latitude dessas regiões. (ver lei de Joy).
A base física do ciclo foi elucidada por George Ellery Hale e colaboradores, que em 1908 mostraram que as manchas solares eram fortemente magnetizadas (a primeira detecção de campos magnéticos além da Terra). Em 1919, eles identificaram uma série de padrões que se tornariam coletivamente conhecidos como a lei de Hale:
No mesmo hemisfério heliográfico, as regiões ativas bipolares tendem a ter a mesma polaridade principal. No hemisfério oposto, ou seja, através do equador, essas regiões tendem a ter a polaridade principal oposta. As polaridades principais em ambos os hemisférios mudam de um ciclo de manchas solares para o próximo.
As observações de Hale revelaram que o ciclo magnético completo, que mais tarde seria chamado de ciclo de Hale, abrange dois ciclos solares, ou 22 anos, antes de retornar ao seu estado original (incluindo a polaridade). Como quase todas as manifestações são insensíveis à polaridade, o ciclo solar de 11 anos continua sendo o foco da pesquisa; no entanto, as duas metades do ciclo de Hale normalmente não são idênticas: os ciclos de 11 anos geralmente alternam entre somas mais altas e mais baixas dos números de manchas solares de Wolf (a regra de Gnevyshev-Ohl).
Em 1961, a equipe de pai e filho de Harold e Horace Babcock estabeleceu que o ciclo solar é um processo magnético espaço-temporal que se desenvolve sobre o Sol como um todo. Eles observaram que a superfície solar é magnetizada fora das manchas solares, que este campo magnético (mais fraco) é um dipolo de primeira ordem, e que este dipolo sofre reversões de polaridade com o mesmo período do ciclo das manchas solares. O Modelo de Babcock de Horace descrevia o campo magnético oscilatório do Sol como tendo uma periodicidade quase estacionária de 22 anos. Cobriu a troca oscilatória de energia entre os componentes do campo magnético solar toroidal e poloidal.
Histórico de ciclos thumb|upright=1.5|Reconstrução da atividade solar ao longo de 11.400 anos thumb|upright=1.5|Eventos de atividade solar registrados em radiocarbono. O período atual está à direita. Valores desde 1900 não mostrados Os números de manchas solares nos últimos 11.400 anos foram reconstruídos usando proporções de isótopos de carbono-14. O nível de atividade solar a partir da década de 1940 é excepcional, o último período de magnitude semelhante ocorreu há cerca de 9.000 anos (durante o período boreal quente)., O Sol esteve em um nível igualmente alto de atividade magnética por apenas ~10% dos últimos 11.400 anos. Quase todos os períodos anteriores de alta atividade foram mais curtos do que o episódio atual. Registros fósseis sugerem que o ciclo solar tem se mantido estável por pelo menos 700 milhões de anos. Por exemplo, a duração do ciclo durante o Permiano Inferior é estimada em 10.62 anos e da mesma forma no Neoproterozoico.
+ Principais eventos e datas aproximadas Evento Início Fim Mínimo de Homero 750 a.C. 550 a.C. Mínimo de Oort 1040 d.C. 1080 d.C. Máximo Medieval 1100 1250 Mínimo de Wolf 1280 1350 Mínimo de Spörer 1450 1550 Mínimo de Maunder 1645 1715 Mínimo de Dalton 1790 1820 Máximo Moderno 1933 2008
Até 2009, pensava-se que 28 ciclos abrangeram os 309 anos entre 1699 e 2008, dando uma duração média de 11.04 anos, mas a pesquisa mostrou que o mais longo deles (1784-1799) pode realmente ter sido dois ciclos. Nesse caso, a duração média seria de apenas cerca de 10.7 anos. Desde que as observações começaram, ciclos tão curtos quanto 9 anos e tão longos quanto 14 anos foram observados, e se o ciclo de 1784-1799 for duplo, então um dos dois ciclos componentes deve ter menos de 8 anos de duração. Variações significativas de amplitude também ocorrem.
Existem várias listas de "grandes mínimos" históricos propostos para a atividade solar.
Ciclos recentes Ciclo 25
O ciclo solar 25 começou em dezembro de 2019. Várias previsões foram feitas para o ciclo solar 25for example: com base em diferentes métodos, variando de magnitude muito fraca a forte. Uma previsão baseada em física baseada nos modelos de transporte de fluxo de superfície solar e dínamo solar baseados em dados de Bhowmik e Nandy (2018) parece ter previsto corretamente a força do campo polar solar nos mínimos atuais e prevê um ciclo solar 25 fraco, mas não insignificante, semelhante ou ligeiramente mais forte que o ciclo solar 24. Notavelmente, eles descartam a possibilidade de o Sol cair em um estado semelhante ao mínimo de Maunder (inativo) na próxima década. Um consenso preliminar por uma previsão de Panel do ciclo solar 25 foi feito no início de 2019. Panel, organizado pelo Space Weather Prediction Center da NOAA (SWPC) e pela NASA, com base nas previsões publicadas do ciclo solar 25, concluiu que o ciclo solar 25 será muito semelhante ao ciclo solar 24. Eles antecipam que o mínimo do ciclo solar antes do ciclo 25 será longo e profundo, assim como o mínimo que precedeu o ciclo 24. Eles esperam que o máximo solar ocorra entre 2023 e 2026 com um intervalo de manchas solares de 95 a 130, dado em termos do número revisado de manchas solares.
Ciclo 24
O ciclo solar 24 começou em 4 de janeiro de 2008, com atividade mínima até o início de 2010. O ciclo apresentava um máximo solar de "pico duplo". O primeiro pico atingiu 99 em 2011 e o segundo no início de 2014 em 101. O ciclo 24 terminou em dezembro de 2019 após 11 anos.
Ciclo 23
O ciclo solar 23 durou 11.6 anos, começando em maio de 1996 e terminando em janeiro de 2008. O número máximo suavizado de manchas solares (número mensal de manchas solares em média durante um período de 1 ano) observado durante o ciclo solar foi de 120.8 (março de 2000) e o mínimo foi de 1.7. Um total de 805 dias não teve manchas solares durante este ciclo.
Fenômenos
Como o ciclo solar reflete a atividade magnética, vários fenômenos solares impulsionados magneticamente seguem o ciclo solar, incluindo manchas solares, fáculas/plage, rede e ejeções de massa coronal.
Manchas solares thumb|upright=1.25|Um desenho de uma mancha solar nas Crônicas de João de Worcester, ca. 1100
A superfície aparente do Sol, a fotosfera, irradia mais ativamente quando há mais manchas solares. O monitoramento por satélite da luminosidade solar revelou uma relação direta entre o ciclo solar e a luminosidade com uma amplitude pico a pico de cerca de 0.1%. A luminosidade diminui em até 0.3% em uma escala de tempo de 10 dias quando grandes grupos de manchas solares giram na visão da Terra e aumentam em até 0.05% por até 6 meses devido a fáculas associadas a grandes grupos de manchas solares.
As melhores informações atuais vêm do SOHO (um projeto cooperativo da Agência Espacial Europeia e da NASA), como o magnetograma MDI, onde o campo magnético da "superfície" solar pode ser visto.