Оно возвращается! Солнечное пятно AR3664 подарило нам потрясающее зрелище северного сияния в середине мая, и теперь оно снова возвращается в поле зрения. Это означает еще одно великолепное зрелище, если это солнечное пятно продолжит вспыхивать. Все это часть солнечного максимума — пика 11-летнего цикла солнечной активности и затишья. Этот цикл является результатом действия чего-то внутри Солнца — солнечной динамо-машины. Группа ученых предполагает, что этот большой генератор находится недалеко от поверхности Солнца. Оно создает магнитное поле и вызывает вспышки и солнечные пятна.
Долгое время физики Солнца считали, что магнитное динамо находится глубоко внутри Солнца. Эта точка зрения может измениться благодаря работе исследователей из Массачусетского технологического института, Эдинбургского университета, Университета Колорадо, Бейтс-колледжа, Северо-Западного университета и Калифорнийского университета. Динамо может быть связано с нестабильностью так называемого «приповерхностного слоя сдвига» в самых отдаленных регионах Солнца. Активность в этом слое приводит к вспышкам и солнечным пятнам, которые мы видим чаще, когда Солнце приближается к «солнечному максимуму». Вспышки — это вспышки высокой энергии, а солнечные пятна — это образования на поверхности с локальными магнитными полями. Солнечные пятна — это относительно прохладные области на поверхности Солнца, которые появляются с 11-летними циклами.
«Особенности, которые мы видим, глядя на Солнце, такие как корона, которую многие люди видели во время недавнего солнечного затмения, солнечные пятна и солнечные вспышки, связаны с магнитным полем Солнца», — сказал исследователь Массачусетского технологического института Китон Бернс. «Мы показываем, что изолированные возмущения вблизи поверхности Солнца, вдали от более глубоких слоев, могут со временем расти, потенциально создавая магнитные структуры, которые мы видим».
Как магнитное поле Солнца связано с активностью?
Чтобы понять масштабы этого открытия, давайте посмотрим на структуру Солнца. Мы все знаем, что Солнце — это перегретый плазменный шар. Итак, как кипящая плазма создает магнитное динамо? «Одна из основных идей о том, как запустить динамо-машину, заключается в том, что вам нужна область, где много плазмы движется мимо другой плазмы, и что сдвиговое движение преобразует кинетическую энергию в магнитную энергию», — объяснил Бернс. «Люди думали, что магнитное поле Солнца создается движениями в самом низу конвекционной зоны».
Конечно, определить точное местоположение солнечного динамо в верхних слоях сложно. Моделирование может зайти так далеко, а моделирование потока плазмы по всему Солнцу является масштабной вычислительной задачей. Итак, Бернс и его команда решили смоделировать меньшую часть Солнца. Они исследовали устойчивость потока плазмы вблизи поверхности Солнца. Для этого потребовались данные гелиосейсмологии, показывающие вибрации на поверхности Солнца, что позволило им определить средний поток плазмы в этом регионе. «Если вы снимите барабан на видео и посмотрите, как он вибрирует в замедленной съемке, вы сможете определить форму и жесткость пластика барабана по режимам вибрации», — сказал Бернс. «Аналогичным образом мы можем использовать вибрации, которые мы видим на поверхности Солнца, чтобы сделать вывод о средней структуре внутри».
Представьте, что Солнце многослойное, как луковица. По словам Бернса, различные слои плазмы проносятся мимо друг друга по мере вращения Солнца. «Тогда мы спрашиваем: есть ли возмущения или крошечные изменения в потоке плазмы, которые мы могли бы наложить поверх этой средней структуры, которая могла бы вырасти и вызвать магнитное поле Солнца?»
Вычисление ответа
Команда разработала алгоритмы, которые они включили в числовую структуру под названием «Проект Дедал». Они искали самоусиливающиеся изменения в средних поверхностных потоках Солнца. Алгоритм обнаружил новые закономерности, которые могут расти и приводить к реалистичной солнечной активности. Интересно, что эти закономерности также соответствуют местоположению и времени появления солнечных пятен. Оказывается, определенные изменения в потоке плазмы в самых верхних слоях поверхности Солнца порождают магнитные структуры. Это не новая идея. Бернс отметил, что условия там напоминают нестабильные плазменные потоки в аккреционных дисках вокруг черных дыр. Аккреционные диски — это массивные скопления газа и звездной пыли, которые вращаются в сторону черной дыры. Их приводит в движение «магниторотационная неустойчивость», которая создает турбулентность в потоке и заставляет его падать внутрь.
Бернс и его команда предположили, что это явление в черной дыре может действовать и внутри нашего Солнца. Они предполагают, что магниторотационная нестабильность во внешних слоях Солнца может быть первым шагом в создании его магнитного поля. «Я думаю, что этот результат может быть спорным», — сказал он. «Большая часть сообщества была сосредоточена на поиске динамо-машин глубоко под Солнцем. Теперь мы показываем, что существует другой механизм, который, кажется, лучше соответствует наблюдениям».
Последствия новой модели
Работа команды не только поможет физикам Солнца понять создание магнитного динамо, но и может дать им представление о других солнечных явлениях. В частности, динамо-машина в верхних 10 процентах Солнца может объяснить такие явления, как минимум Маундера. Это был период с 1645 по 1715 год, когда солнечных пятен было очень мало. В некоторые годы наблюдатели вообще не видели солнечных пятен. В другие годы они наблюдали менее 20. Астрономы составили график 11-летнего цикла солнечных пятен за это время, так что Солнце не было полностью бездействующим.
Если магнитное динамо Солнца будет работать в его самых внешних слоях, наука прогнозирования солнечной активности может получить большой импульс. Сейчас сложно сказать, когда может вспыхнуть вспышка. Вспышки и выбросы корональной массы, подобные тем, что способствовали геомагнитной буре 10-11 мая, могут повредить спутники и телекоммуникационные системы здесь, на Земле. Кроме того, под угрозой находятся электросети и другие технологии. Однако в долгосрочной перспективе достижение нового понимания солнечной динамо-машины станет большим делом.
«Мы знаем, что динамо-машина действует как гигантские часы со множеством сложных взаимодействующих частей», — говорит соавтор Джеффри Васил, исследователь из Эдинбургского университета. «Но мы не знаем многих частей и того, как они сочетаются друг с другом. Эта новая идея о том, как запускается солнечное динамо, важна для его понимания и прогнозирования».
Для дополнительной информации
Источник магнитного поля Солнца может лежать вблизи его поверхности
Солнечное динамо начинается у поверхности
