Сонячні бурі живляться магнітним двигуном на глибині 16 земних шарів
Опубліковано Кітом Купером
Зображення сонця в космосі з темною тінню, що частково покриває його там, де місяць перетинає його. (Автор зображення: NOAA/SSEC Geostationary Satellite)
Потужне магнітне динамо Сонця, яке стимулює активність сонячних плям і сприяє вивільненню потужних сонячних спалахів і викидів корональної маси, було підтверджено на глибині 124 000 миль (200 000 кілометрів) під видимою поверхнею Сонця, що еквівалентно глибині 16 земних футів.
Магнітне динамо Землі розташоване у зовнішньому ядрі нашої планети, де конвекція розплавленого заліза генерує електричні струми. Ядро Сонця — це ядерна піч подрібнених атомів, а його внутрішні дві третини утворюють радіаційну зону гамма- фотонів, тому сонячне магнітне поле не може там генеруватися. Натомість вся конвекція відбувається у зовнішній третині Сонця, у відповідно названій конвективній зоні .
Деякі вчені задавалися питанням, чи розташоване магнітне динамо Сонця у вузькому приповерхневому шарі, чи, можливо, воно простягається через увесь конвективний шар. Однак найпопулярнішою гіпотезою є те, що магнітне динамо генерується на межі між нижньою конвективною зоною та внутрішньою радіаційною зоною.
Ми називаємо цю межу тахокліном, і протягом приблизно 30 років вивчення коливань, що відбиваються від видимої поверхні Сонця — фотосфери — та його глибоких надр, Крішненду Мандал та Олександр Косовичев з Технологічного інституту Нью-Джерсі знайшли прямі докази того, що динамо генерується саме там.
«Роками ми підозрювали, що тахоклін важливий для сонячного динамо, але тепер у нас є чіткі спостережливі докази», – сказав Мандал у своїй заяві . «[Але] досі ми просто не чули достатньо інформації зсередини зірки, щоб точно знати, де організовані інтенсивні магнітні поля Сонця».
Мандал і Косовичев використали дані, зібрані за допомогою доплерівського тепловізора Майкельсона на спільній сонячній та геліосферній обсерваторії (SOHO) NASA-ESA, запущеній у 1995 році, та наземній групі глобальної осциляційної мережі Національної сонячної обсерваторії, що складається з шести телескопів по всьому світу, які були запущені того ж року.
Як SOHO, так і GONG досі працюють, і разом вони вимірюють зміну характеру коливань, що проходять через фотосферу кожні 45-60 секунд. На коливання впливає структура внутрішньої оболонки Сонця, яка визначається потоками плазми всередині конвективного шару. Тому температура та рух цих обертальних потоків плазми впливають на період та амплітуду коливань, коли вони проходять через потоки, перш ніж пробити фотосферу.
Мандал і Косовичев виявили, що ці обертові смуги плазми всередині Сонця утворюють візерунок у формі метелика, який відповідає зміні розташування сонячних плям протягом 11-річного циклу магнітної активності Сонця. Сонячні плями – це холодніші ділянки Сонця, утворені магнітними полями, що проходять через фотосферу. Таким чином, вони є відбитком магнітного поля Сонця. «Тепер, маючи дані майже за три 11-річні сонячні цикли, ми нарешті бачимо чіткі закономірності, які дають нам можливість зазирнути всередину зірки», – сказав Мандал.
Вимірювання показують, що цей візерунок у формі метелика походить з тахокліну, що знаходиться на 200 000 кілометрів нижче сонячних плям на фотосфері. У тахокліні обертання плазми відрізняється від конвективного шару вище, з більшою кількістю зсувних рухів, які викликають електричний струм, що генерує магнітне поле.
«Обертові смуги, що виникають внаслідок змін магнітної структури поблизу тахокліну Сонця, можуть поширюватися до поверхні протягом кількох років», — сказав Мандал. «Відстеження цих внутрішніх змін дає нам чітке уявлення про те, як розгортається сонячний цикл».
Діаграма, що показує шари Сонця. Ядро, радіаційна зона та конвекційна зона є частиною внутрішньої структури.(Зображення: NASA)
Більше того, краще розуміння того, як генерується магнітне поле Сонця та як воно проявляється на поверхні в активних областях, що створюють сонячні плями, спалахи та, зрештою, викиди корональної маси , може допомогти в кращому прогнозуванні шкідливої космічної погоди . Виверження на Сонці можуть надсилати хмари заряджених частинок до нашого напрямку, що може порушити роботу супутників, комунікацій та енергетичних мереж і наражати на небезпеку астронавтів.
«Хоча наші висновки ще не дозволяють точно прогнозувати майбутні сонячні цикли, вони підкреслюють важливість включення тахокліну в моделі прогнозування космічної погоди», — сказав Мандал. «Багато сучасних симуляцій враховують процеси лише в приповерхневих шарах, але наші результати показують, що необхідно враховувати всю зону конвекції, особливо тахокліну».
Більш детальні дослідження допоможуть нам краще зрозуміти магнітну активність інших зірок . Оскільки наше Сонце — єдина зірка, яку ми можемо спостерігати зблизька, його часто використовують як основу для розуміння інших зірок.
Результати дослідження представлені в статті, опублікованій 12 січня в журналі Scientific Reports .
переклад з англійської