רישומי כתמי השמש המוקדמים ביותר המבוססים על תצפיות שמש של יוהנס קפלר עם camera obscura במאי 1607. קרדיט: Kepler, J. 1609, Phaenomenon singulare seu Mercurius in Sole, Thomae Schureri, Lipisiae
באמצעות שיטות סטטיסטיות מעודכנות ונתונים היסטוריים, מדענים פירשו מחדש את רישומי כתמי השמש של יוהנס קפלר, תוך שופכים אור על מחזורי השמש לפני המינימום מאנדר ותחילתו של העידן הטלסקופי של האסטרונומיה.
חוקרים בחנו מחדש את רישומי כתמי השמש הנשכחים למחצה של יוהנס קפלר באמצעות טכניקות מודרניות וחשפו מידע נסתר בעבר על מחזורי השמש לפני המינימום הסולארי הגדול. על ידי שחזור תנאי התצפיות של האסטרונום הגדול ויישום חוק שפורר לאור הסטטיסטיקה המודרנית, קבוצה בינלאומית שיתופית בראשות אוניברסיטת נגויה ביפן מדד את המיקום של קבוצת כתמי השמש של קפלר, והציב אותה בקצה קצהו של מחזור השמש לפני המחזור שבו היו עדים לאחר מכן תומאס הריוט, גלילאו גליליי וצופים טלסקופיים מוקדמים אחרים.
ממצאי הקבוצה, דווחו ב מכתבי יומן אסטרופיזיים, מציעים מפתח לפתרון המחלוקת על משך מחזורי השמש בתחילת המאה ה-17, הקשורים למעבר ממחזורי שמש רגילים למינימום השמש הגדול, הידוע כמינימום מאנדר (1645–1715). מינימום שמש גדול הוא תקופה ממושכת באופן חריג של פעילות נמוכה של כתמי שמש, שחשובה כדי לספר לחוקרים על פעילות השמש והשפעתה על כדור הארץ.
בהתבסס על תצפיתו של קפלר, החוקרים הציעו את טווח הגבול המחזורי בין מחזורי השמש −14 ו−13 כפי שמצוין בקווים אדומים, בהשוואה לשחזורי מספרי כתמי השמש (קבוצתיים) המבוססים על תיעוד כתמי השמש בעקומה הכחולה (Svalgaard & Schatten, 2016 ) ונתוני עץ-טבעת 14C בעקומה שחורה (Usoskin et al., 2021) ועקומה ירוקה (Miyahara et al., 2021). השחזור של המחברים סותר את הטענה השנויה במחלוקת לפיה מחזורי שמש קצרים ומתארכים במיוחד (ירוק) ותואם את מחזורי השמש הרגילים (שחור). קרדיט: ד"ר היסאשי הייקאווה
תקליטים אינסטרומנטליים מוקדמים מאת קפלר
קפלר, הנודע בהישגיו ההיסטוריים באסטרונומיה ובמתמטיקה, ערך את אחד התיעוד האינסטרומנטליים המוקדמים ביותר של פעילות השמש בתחילת המאה ה-17, לפני רישומי כתמי השמש הטלסקופיים המוקדמים ביותר. הוא השתמש במנגנון הידוע כ-camera obscura, המורכב מחור קטן בקיר כדי להקרין את תמונת השמש על דף נייר, מה שאפשר לו לשרטט תכונות גלויות על השמש.
במאי 1607, הוא תיעד את מה שהוא פירש בטעות כמעבר של מרקורי על פני השמש, שהתברר מאוחר יותר כקבוצת כתמי שמש. כתמי שמש הם אזורים על פני השמש שנראים כהים יותר בגלל פעילות מגנטית אינטנסיבית. התרחשותם, התדירות והתפלגות הרוחב שלהם מופיעים במחזורים המשפיעים על קרינת השמש ומזג האוויר בחלל.
Hisashi Hayakawa, המחבר הראשי של המחקר, סבור שהחוקרים לא העריכו את המשמעות של ממצא זה. "מכיוון שהתיעוד הזה לא היה תצפית טלסקופית, הוא נדון רק בהקשר של ההיסטוריה של המדע ולא שימש לניתוחים כמותיים עבור מחזורי השמש במאה ה-17", אמר. "אבל זה הסקיצה העתיקה ביותר של כתמי שמש שנעשתה אי פעם עם תצפית אינסטרומנטלית והקרנה."
הוא המשיך: "הבנו שציור כתם השמש הזה אמור להיות מסוגל לומר לנו את מיקומו של כתם השמש ולהצביע על שלב מחזור השמש בשנת 1607 כל עוד הצלחנו לצמצם את נקודת התצפית והזמן ולשחזר את הטיית הקואורדינטות ההליוגרפיות. – כלומר מיקומם של תכונות על פני השמש – באותה נקודת זמן."
קבוצת כתמי שמש בעין בלתי מזוינת ב-11 במאי 2024 כפי שצולמה על ידי ETH Teague, אחד ממחברי המאמר האמור. קרדיט: ©︎ ETH Teague
תובנות קריטיות ל-17ה' פעילות סולארית של המאה
התצפיות היו חשובות מכיוון שהמאה ה-17 הייתה תקופה מרכזית במחזור השמש, לא רק בתקופה שבה רק החלו תצפיות כתמי שמש אלא גם כאשר פעילות השמש עברה ממחזורי שמש רגילים למינימום מאנדר, מינימום שמש גדול ייחודי בתצפית. הִיסטוֹרִיָה.
לא מובן עד הסוף כיצד דפוס הפעילות הסולארית עבר ממחזורים רגילים למינימום הגדול, מלבד העובדה שהמעבר היה הדרגתי. אחד מהשחזורים הקודמים מבוססי טבעות עצים טען לרצף המורכב ממחזור שמש קצר במיוחד (≈ 5 שנים) ומחזור שמש ארוך במיוחד (≈ 16 שנים), המקשר את משכי מחזור השמש החריגים הללו למבשר של המעבר ממחזורי שמש רגילים ועד למינימום השמש הגדול.
"אם זה נכון, זה אכן יהיה מעניין. עם זאת, שחזור אחר המבוסס על טבעת עצים הצביע על רצף של מחזורי שמש עם משך נורמלי", אמר Hisashi Hayakawa מאוניברסיטת נאגויה; "אם כך, באיזה שחזור עלינו לסמוך? חשוב ביותר לבדוק את השחזורים הללו עם תיעוד עצמאי – רצוי תצפיתי".
פענוח מחזורי שמש היסטוריים
תיעוד כתמי השמש של קפלר הוא התייחסות תצפית מרכזית. על ידי ניתוח הרישומים של קפלר והשוואתם לנתונים בני זמננו וסטטיסטיקה מודרנית, החוקרים גילו מספר תגליות חשובות:
ראשית, לאחר 'הסרת' רישומי כתמי השמש של קפלר ופיצוי על זווית מיקום השמש, הם הציבו את קבוצת כתמי השמש של קפלר בקו רוחב הליוגרפי נמוך. הדבר מצביע על כך שהציור הסכמטי המפורסם של תמונת השמש שקפלר שרטט בספרו אינו עולה בקנה אחד עם הטקסט המקורי של קפלר ושתי תמונות ה-camera obscura, המציגות את כתם השמש בחלק השמאלי העליון של דיסקת השמש.
שנית, על ידי יישום חוק שפורר והידע שנצבר מסטטיסטיקה של כתמי שמש מודרניים, הם זיהו את קבוצת כתמי השמש כממוקמת כנראה בקצה הזנב של מחזור השמש -13 ולא בתחילת מחזור השמש -14.
שלישית, הממצאים שלהם מנוגדים לתצפיות טלסקופיות מאוחרות יותר, המראות כתמי שמש בקווי רוחב גבוהים יותר. "זה מראה מעבר טיפוסי ממחזור השמש הקודם למחזור הבא, בהתאם לחוק ספורר", אמר תומס טיג, משקיף ב-WDC SILSO וחבר בצוות, בהתייחסו לאסטרונום הגרמני גוסטב שפורר שתיאר נדידה של כתמי שמש מקווי רוחב גבוהים יותר לנמוכים במהלך מחזור השמש.
רביעית, ממצא זה מאפשר למחברים להעריך את המעבר בין מחזור השמש הקודם (-14) למחזור השמש הבא (-13) בין 1607 ל-1610, ולצמצם את התאריכים האפשריים שבהם התרחש. על בסיס זה, הרישומים של קפלר הציעו משך קבוע למחזור השמש-13, ואתגרו שחזורים חלופיים המציעים מחזור ארוך במיוחד בתקופה זו.
המשך מורשת קפלר
"מורשתו של קפלר חורגת מעבר ליכולת התצפיתית שלו; הוא מודיע על דיונים מתמשכים על המעבר ממחזורי שמש רגילים למינימום מאנדר, תקופה של פעילות שמש מופחתת ביותר ואסימטריה חריגה של חצי כדור בין 1645 ל-1715", הסביר הייאקווה. "על ידי מיקום הממצאים של קפלר בתוך שחזורים רחבים יותר של פעילות השמש, מדענים מקבלים הקשר מכריע לפירוש שינויים בהתנהגות השמש בתקופה מרכזית זו המסמנת מעבר ממחזורי שמש רגילים למינימום השמש הגדול."
"קפלר תרם אמות מידה היסטוריות רבות באסטרונומיה ובפיזיקה במאה ה-17, והשאיר את מורשתו אפילו בעידן החלל", אמר הייאקווה. "כאן, אנו מוסיפים לכך על ידי כך שאנו מראים שרישומי כתמי השמש של קפלר קודמים לרישומי כתמי השמש הטלסקופיים הקיימים משנת 1610 במספר שנים. רישומי כתמי השמש שלו משמשים עדות לחושיו המדעיים ולהתמדה מול אילוצים טכנולוגיים".
סברינה בצ'ט, חוקרת במצפה הכוכבים המלכותי של בלגיה, הוסיפה, "כפי שאמר לי אחד מעמיתיי, זה מרתק לראות את רישומי המורשת של דמויות היסטוריות מעבירות השלכות מדעיות מכריעות למדענים מודרניים אפילו מאות שנים מאוחר יותר. אני בספק אם הם יכלו לדמיין שהרישומים שלהם יועילו לקהילה המדעית הרבה יותר מאוחר, הרבה אחרי מותם. יש לנו עוד הרבה מה ללמוד מהדמויות ההיסטוריות הללו, מלבד ההיסטוריה של המדע עצמו. במקרה של קפלר, אנחנו עומדים על כתפיו של ענק מדעי".
