В XIX в. солнечная астрономия существовала, как это всегда бывает в астрономии, на двух различных уровнях: на одном – исключительно наблюдательном, а на другом – обильно теоретическом. Далекая от критического осмысления теорий, наблюдательная астрономия, особенно в любительских кругах, представляла собой не более чем прилежную регистрацию необычных вещей. Даже умеренно приемлемые теории часто следовали за наблюдениями со значительным запозданием, если вообще следовали, причем с заметным элементом интуитивной прозорливости. Это можно проиллюстрировать многими примерами. В 1826 г. Самуэль Генрих Швабе, аптекарь из Дессау (Германия), вознамерился открыть планету внутри орбиты Меркурия. По этой причине (и обратите внимание, насколько эта история близка к истории с Мессье и туманностями) он фиксировал положения солнечных пятен просто для исключения их из своих поисков. Просматривая свои данные через двенадцать лет наблюдений, он вдруг обнаружил, что общее количество солнечных пятен меняется с периодом около десяти лет. Чтобы убедиться в этом, он продолжил работать в этом направлении и в 1843 г. опубликовал в порядке рабочей гипотезы идею о десятилетней периодичности.

На это почти не обращали внимания до 1851 г., когда Александр фон Гумбольдт опубликовал таблицу с результатами Швабе, сопроводив ее дополнительными данными. В 1852 г. швейцарец Иоганн Рудольф Вольф, работавший сначала в Берне, а затем в Цюрихе, собрал весь исторический материал по солнечным пятнам, который только мог отыскать, и получил средний период 11,11 года. Он продолжал публикации о числе солнечных пятен вплоть до своей смерти. В 1851 г. Иоганн Ламонт, астроном шотландского происхождения, который покинул свою страну в 1817 г. и переселился в Баварию, опубликовал сделанное им открытие: магнитное поле Земли, по всей видимости, также меняется с периодом около десяти лет, и периоды последовательно чередуются как слабые и сильные – другими словами, полный цикл равняется двойному циклу солнечных пятен. После этого Вольф и влиятельный англо-ирландский геофизик Эдуард Сэбин отметили, что, вообще говоря, за солнечными пятнами действительно следуют изменения в магнитном поле, приводящие к полярным сияниям, а также и другим явлениям. Между солнечными явлениями и земными процессами, несомненно, существует какая-то странная связь, но понадобилось целое столетие, чтобы отыскать этому какое-нибудь более-менее убедительное объяснение. И несмотря на современные успехи в нашем понимании физики Солнца, до сих пор не существует общепризнанного объяснения регулярного изменения числа солнечных пятен.

Не менее труднопостижимой была теория, объясняющая периодические изменения в поведении солнечных пятен, открытая богатым английским астрономом-любителем Ричардом Кристофером Кэррингтоном. В течение некоторого времени Кэррингтон работал наблюдателем только что основанного Даремского университета, но уволился для того, чтобы иметь возможность основать собственную частную обсерваторию недалеко от Райгита в графстве Суррей в целях пополнения зонного обзора Бесселя и Аргеландера до зоны в пределах девяти градусов от Северного полюса мира. В течение семи с половиной лет, с 1853 по 1861 г., он систематически скрупулезно наблюдал солнечные пятна, используя простой и точный метод, и сумел открыть, что период их вращения растет в зависимости от расстояния до солнечного экватора. Таким образом выяснилось, что пятна не могут рассматриваться как объекты, прочно связанные с твердым солнечным телом. Он обнаружил, что когда пятна были в целом более многочисленны, они испытывали тенденцию концентрироваться возле экватора и почти полностью исчезали на широте около 5 градусов во время минимума солнечных пятен. В это же время, как он заметил, начинают появляться первые солнечные пятна нового цикла.

Под влиянием подобных открытий Королевская обсерватория в Гринвиче под директорством У. Г. М. Кристи решила наконец вступить в программу астрофизических наблюдений, назначив в 1873 г. Эдуарда Уолтера Маундера ассистентом по фотографии и спектрографии. Маундер состоял в группе «вычислителей», нанятых из слоев общества, не имеющих университетского образования, и некоторые признаки возникшего в результате этого в Гринвиче социального напряжения, без сомнения, можно уловить в анекдотах, рассказанных Маундером о педантичном характере Эри, – например, что он со своими коллегами провел целый вечер, приклеивая этикетки со словом «пустая» к коробкам, которые действительно были пусты. Открытое восхищение Маундера, выражаемое в адрес Эри, было, несомненно, искренним, особенно в отношении его дальновидности при основании Магнитного и метеорологического отдела обсерватории в конце 1830‐х гг., но Маундер не мог удержаться от того, чтобы не выразить протест Эри против его драконовского использования «вычислителей», «мальчиков», которые работали над огромной лунной программой с восьми утра до восьми вечера с часовым перерывом в полдень.

С 1881 г., под руководством Кристи в помощь Маундеру в Гринвич наняли другую «вычислительницу», принадлежавшую к иному сословию. Это была Энни С. Д. Рассел, двумя годами ранее закончившая Кембридж со степенью по математике. После смерти первой жены Маундер в 1895 г. женился на Энни. Обладая математическими навыками, миссис Маундер внесла много новых идей, особенно полезных при статистическом анализе ежедневных фотографий Солнца, за что отвечал Маундер; в процессе фотографирования определялись положения, размеры и движения солнечных пятен. Одним из важных результатов их работы была знаменитая «диаграмма Маундера» в виде бабочки, демонстрирующая количество пятен, которые следует искать на всех широтах в любой момент времени – диаграмма, ставшая стандартным средством графического представления текущей ситуации. Впервые ее использовали в 1904 г. для показа дрейфа солнечных пятен по широте в течение солнечного цикла, когда Маундер занимался демонстрацией тесной связи между геомагнитными возмущениями и появлением больших солнечных пятен на солнечном диске.

Маундер вел весьма активную деятельность в Королевском астрономическом обществе, где он руководил несколькими отделениями; в 1890 г. он с помощью своего брата создал любительскую организацию – Британскую астрономическую ассоциацию. Членами последней могли быть не только любители-мужчины, но и женщины, которых в то время еще не принимали на работу в профессиональные учреждения. В своем официальном качестве он и его жена ездили по всему миру в поисках фотографий Солнца, а в 1898 г. миссис Маундер, использовав камеру собственной конструкции, получила впечатляющую фотографию одного из лучей солнечной короны, заметно превышающего по длине (в шесть солнечных радиусов) все ранее наблюдаемое. Карьера Маундера была необычна тем, что, выйдя на пенсию до начала Первой мировой войны, он вернулся в обсерваторию вместе женой во время войны для оказания поддержки сильно уменьшившемуся персоналу; а после войны они провели полезное исследование исторических источников по солнечным пятнам. В результате выяснилась крайняя скудость солнечных пятен во второй половине XVII в. В период, который сегодня называется «минимумом Маундера» (считается, что он длился с 1645 по 1715 г.), за тридцать лет появилось всего лишь около пятидесяти пятен, в то время как современное значение за аналогичный период времени может превышать это число в тысячу раз.

Взаимозависимость между магнитным полем Земли и циклом солнечных пятен представляла собой проблему, которая глубоко уходила своими корнями скорее в физику, чем в статистические обзоры, подготавливаемые Маундерами. После работ Вольфа и Ламонта 1850‐х гг. ее исследовали несколько астрономов. Мы уже упоминали об идее Биркеланда, согласно которой максимумы геомагнитной активности, «магнитные бури», вызывались группами электрически заряженных корпускул, приходящих от Солнца. В канун XX в. он начал серию лабораторных экспериментов, чтобы подтвердить свою догадку. Согласно его идее, эти заряженные частицы вовлекаются в магнитное поле Земли около полюсов и приводят к возникновению северных и южных полярных сияний. К этому времени Маундер сделал два открытия огромной важности и опубликовал их в 1904 г. (в контексте с диаграммами Маундера). Он обнаружил, что самые сильные геомагнитные бури были связаны с появлением больших солнечных пятен вблизи центрального меридиана солнечного диска – в среднем они проходили центральный меридиан примерно на 26 часов раньше. Он также заметил, что геомагнитные бури случаются, как правило, с интервалами в 27 дней, а это период вращения Солнца по отношению к Земле. Согласно его выводу, бури возникают в результате каких-то потоковых эффектов из определенных областей Солнца, и этому потоку требуются примерно сутки, чтобы достичь Земли. В случае сильных бурь причиной, их вызывающей, были, по всей видимости, солнечные пятна, но слабые бури могли случаться и тогда, когда пятна фактически отсутствовали на диске. Однако 27-дневный цикл, скорее всего, однозначно свидетельствовал о солнечном происхождении и тех и других бурь. На этом этапе вопрос был отложен примерно на два десятилетия, когда другие исследователи – в частности, У. Г. М. Гривз и Г. У. Ньютон – перепроверили указанную связь. Результаты, полученные Маундером, удалось подтвердить и углубить, но вопрос о причине явления еще долгое время оставался загадкой.