Тайна солнечного цикла освещена

Тайна солнечного цикла освещена

Солнечная активность колеблется в ритме около одиннадцати лет, что отражается среди прочего на частоте солнечных пятен. Полный магнитный период длится 22 года. Ученые долго ломали голову над тем, что вызывает этот цикл. Это должно быть связано с условиями под «кожей» нашей звезды: слой горячей плазмы – электропроводящий газ – простирается от поверхности до 200 000 километров ниже. Плазма в этой конвекционной зоне постоянно находится в движении.

Команда ученых из Института исследований солнечной системы имени Макса Планка, Университета Геттингена и Нью-Йоркского университета в Абу-Даби в настоящее время преуспела в создании наиболее полной картины потоков плазмы в направлении север-юг на сегодняшний день. Исследователи обнаружили удивительно простую геометрию потока: плазма описывает один оборот в каждом солнечном полушарии, который длится около 22 лет. Кроме того, поток в направлении экватора в нижней части зоны конвекции заставляет пятна образовываться все ближе и ближе к экватору в течение солнечного цикла.

Количество солнечных пятен на видимой солнечной поверхности варьируется; иногда больше, иногда меньше. Расстояние между двумя максимумами солнечных пятен составляет около одиннадцати лет, после 22 лет солнечные пятна снова магнитно поляризованы таким же образом. Во время максимума появляются не только большие солнечные пятна, но и активные области. Кроме того, впечатляющие дуги горячей плазмы простираются далеко в солнечную атмосферу, частицы и радиация выбрасываются в космос при сильных извержениях. Однако на минимуме активности солнце заметно успокаивается.

«В течение солнечного цикла меридиональный поток действует как конвейер, который увлекает за собой магнитное поле и устанавливает период солнечного цикла», – говорит профессор доктор Лоран Гизон, директор MPS и первый автор нового исследования. , «Видение геометрии и амплитуды движений внутри солнечного пространства необходимо для понимания магнитного поля Солнца», – добавляет он. С этой целью Гизон и его команда использовали гелиосейсмологию для картирования потока плазмы под поверхностью Солнца.

Гелиосейсмология для физики Солнца такая же, как сейсмология для геофизики. Гелиосейсмологи используют звуковые волны, чтобы исследовать внутреннюю часть Солнца, почти так же, как геофизики используют землетрясения, чтобы исследовать внутреннюю часть Земли. Солнечные звуковые волны имеют периоды около пяти минут и непрерывно возбуждаются приповерхностной конвекцией. Движения, связанные с солнечными звуковыми волнами, могут быть измерены на поверхности Солнца телескопами на космических кораблях или на земле.

В этом исследовании Гизон и его команда использовали наблюдения звуковых волн на поверхности, которые распространяются в направлении север-юг через внутреннюю часть Солнца. Эти волны возмущены меридиональным потоком: они движутся быстрее вдоль потока, чем против потока. Эти очень малые возмущения времени прохождения (менее 1 секунды) были измерены очень тщательно и были интерпретированы как вывод меридионального потока с использованием математического моделирования и компьютеров.

Из-за малого меридионального потока очень трудно увидеть в солнечном пространстве. «Меридиональный поток намного медленнее, чем другие компоненты движения, такие как дифференциальное вращение Солнца», – объясняет Гизон. Меридиональный поток по всей конвекционной зоне не превышает максимальную поверхность, равную 50 километрам в час. «Чтобы снизить уровень шума при гелиосейсмических измерениях, необходимо усреднить измерения в течение очень длительных периодов времени», – говорит доктор Чжи-Чао Лян из MPS.

Команда ученых впервые проанализировала два независимых очень длинных временных ряда данных. Одна была предоставлена ​​SOHO, старейшей солнечной обсерваторией в космосе, которой управляют ESA и NASA. Данные, полученные SOHO Michelson Doppler Imager (MDI), охватывают время с 1996 по 2011 год. Второй независимый набор данных был предоставлен Группой глобальной колебательной сети (GONG), которая объединяет шесть наземных солнечных телескопов в США, Австралии, Индия, Испания и Чили предлагают почти непрерывные наблюдения Солнца с 1995 года.

«Международное сообщество физиков солнечной энергии заслуживает похвалы за предоставление множества наборов данных, охватывающих последние два солнечных цикла», – говорит доктор Джон Лейбахер, бывший директор проекта GONG. «Это позволяет проводить усреднение в течение длительных периодов времени и сравнивать ответы, что абсолютно необходимо для проверки выводов», – добавляет он.

Гизон и его команда находят поток экваториальным в основании конвекционной зоны со скоростью всего 15 километров в час (скорость движения). Поток на поверхности Солнца является полярным и достигает 50 километров в час. Общая картина такова, что плазма вращается по одной гигантской петле в каждом полушарии. Примечательно, что время, необходимое плазме для завершения цикла, составляет приблизительно 22 года – и это дает физическое объяснение одиннадцатилетнего цикла Солнца.

Кроме того, солнечные пятна появляются ближе к экватору по мере развития солнечного цикла, как видно на диаграмме бабочки. «В целом наше исследование поддерживает основную идею, что экваториальный дрейф мест, где появляются солнечные пятна, обусловлен лежащими в основе меридиональными потоками», – говорит доктор Роберт Кэмерон из MPS. «Остается понять, почему солнечный меридиональный поток выглядит так, как он выглядит, и какую роль меридиональный поток играет в управлении магнитной активностью других звезд», – добавляет Лоран Гизон.


Источник истории:

Материалы предоставлены Институтом исследований Солнечной системы Макса Планка . Примечание: содержание может быть отредактировано по стилю и длине.


Ссылка на журнал :

  1. Лоран Гизон и соавт. Меридиональный поток в зоне конвекции Солнца представляет собой одну ячейку в каждом полушарии . Science , 2020 DOI: 10.1126 / science.aaz7119