Извращенная сказка о солнечных пятнах

Один из величайших вопросов в солнечной астрономии может получить ответ через более чем 400 лет благодаря любознательной команде немецких исследователей. Каждые одиннадцать лет популяция солнечных пятен, видимых на поверхности нашей местной звезды, достигает максимума, а затем вымирает. Затем начинает появляться другая популяция солнечных пятен (на этот раз с их полюсами, инвертированными по сравнению с предыдущим циклом), прежде чем они тоже достигают пика и исчезают. Этот процесс может быть хорошо известен, но причина этих 11-летних пиков до сих пор остается загадкой.

Согласно новому исследованию, на магнитное поле Солнца могут влиять гравитационные силы Венеры, Земли и Юпитера, что приводит к циклическому циклу солнечных пятен. Исследователи сравнили солнечные циклы с положениями планет, обнаружив, что гравитационные силы этих трех миров действуют как космические часы, регулирующие солнечный цикл.

«Удивительно высокий уровень согласованности: мы видим полный параллелизм с планетами в течение 90 циклов. Все указывает на синхронизированный процесс », - объяснил Фрэнк Стефани из немецкого исследовательского института Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR).

Цикл солнечных пятен можно легко увидеть на этом графике, созданном НАСА в 2017 году. В настоящее время мы находимся в нижней точке цикла. Изображение предоставлено NASA / ARC / Hathaway.

Вы пропустили пятно прямо там

Солнечные пятна впервые были четко видны между 1610 и 1611 годами, в годы, следующие за изобретением телескопа. Хотя Галилею часто отдают должное за открытие, несколько новаторских астрономов той эпохи сообщали об обнаружении характерных темных пятен на Луне примерно в одно и то же время.

Солнечное пятно, замеченное Обсерваторией солнечной динамики (SDO), демонстрирует мощное магнитное поле. Изображение предоставлено Центром космических полетов имени Годдарда НАСА.

Публикация первой статьи, признающей эти особенности, голландским астрономом Йоханнесом Фабрициусом, потрясла дух времени общества начала 17-го века, которое всегда верило в идеальное, неизменное, безликое Солнце.

De Maculis in Sole observatis et Apparente earum cum Sole Conversione Narratio (Повествование о пятнах, наблюдаемых на Солнце и их видимом вращении на Солнце), опубликованная в июне 1611 года, была первой опубликованной научной публикацией, описывающей пятна. Изображение общественного достояния.

«В то время люди верили, что солнце - это нерушимое, неизменное, совершенное тело. Люди, подобные Фабрициусу и Галилею, показали, что эти пятна распространяются по поверхности и вращается солнце », - рассказывает физик-солист Кит Стронг из Центра космических полетов имени Годдарда НАСА.

Все выстраиваются в очередь!

Наибольшая гравитационная сила планет на Солнце возникает один раз каждые 11,07 лет, когда Венера, Земля и Юпитер приходят в выравнивание. Гравитационное притяжение от этого расположения приводит к приливным силам на Солнце, подобно тому, как наша собственная Луна тянет океаны вверх, создавая приливы.

Этот эффект недостаточно силен, чтобы повлиять на внутреннее пространство нашего звездного спутника, поэтому время такого выравнивания ранее не учитывалось в более ранних исследованиях циклов солнечных пятен. Однако физический эффект, известный как неустойчивость Тейлера, способен изменить поведение проводящих жидкостей или плазмы.

Нестабильность Тейлера изменяет скорость потока материала (потока) в объекте, таком как Солнце, и может влиять на магнитные поля. Этот эффект может быть вызван относительно небольшими движениями материалов, таких как плазма, обнаруженная на поверхности Солнца. Из-за этого эффекта эти относительно незначительные приливные силы могут изменить отношение солнечных пятен к их направлению движения. Это измерение, известное как спиральность области плазмы, изменяет солнечное динамо (физический процесс, который генерирует магнитное поле нашей родительской звезды).

Солнце, посаженное таким образом по Механическим законам, рисует Землю и каждую отдаленную планету;
По какой привлекательности все планеты, находящиеся в пределах его досягаемости, превращаются в круг эфира.
- Ричард Блэкмор, в творчестве: философская поэма в семи книгах

«Магнитные поля немного похожи на резинки. Они состоят из непрерывных петель силовых линий, которые имеют как напряжение, так и давление. Как и резиновые ленты, магнитные поля можно усилить, растягивая их, скручивая и складывая обратно на себя. Это растяжение, скручивание и складывание осуществляются потоками жидкости внутри Солнца », - объясняет Центр космических полетов им. Маршалла.

Стефани сомневался, могут ли приливные силы с планет изменить такое мощное событие, как солнечное динамо. Однако, как только он понял, что нестабильность по Тейлеру может стать триггером процесса, Стефани и его команда начали разрабатывать компьютерное моделирование для моделирования процесса.

«Я спросил себя: что произойдет, если на плазму будет воздействовать небольшое, похожее на прилив, возмущение? Результат был феноменальным. Колебания были действительно возбуждены и синхронизировались со временем внешнего возмущения », - объясняет Стефани.

Солнце, Пятно, Солнце!

Движение солнца сложное, с множеством эффектов, способствующих его запутанному танцу. Когда солнце вращается, экватор движется быстрее, чем материал около полюсов. В процессе, известном как эффект омега, линии солнечного магнитного поля растягиваются и растягиваются вблизи экватора, создавая изгиб в направлении солнечного экватора.

Затем непонятный альфа-эффект воздействует на магнитные линии, подталкивая их к первоначальному выравниванию, что приводит к перекручиванию силовых линий.

Магнитные линии могут быть видны над пятнами на этом изображении заряженных частиц, захваченных в ультрафиолетовом свете. Изображение предоставлено NASA / GSFC / Solar Dynamics Observatory.

Эти действия создают прохладные, темные области, которые мы знаем как солнечные пятна. В то время как большая часть поверхности Солнца светится около 5500 градусов по Цельсию (9900 по Фаренгейту), солнечные пятна остаются при относительно прохладных 3200 по Цельсию (5800 по Фаренгейту). Солнечные пятна все еще довольно яркие, выглядят только темными на фоне жаркого солнечной поверхности.

Эта новая модель, объединяющая приливные силы в сложные процессы солнечного динамо, могла бы объяснить несколько вопросов, которые возникают у астрономов и физиков о солнечном динамо и как оно влияет на нашу родительскую звезду.

Солнечный зонд Parker в настоящее время находится на орбите вокруг Солнца, чтобы изучить нашего звездного спутника вблизи. Эта программа может ответить на множество загадок относительно Солнца в течение следующих нескольких лет.