Новая теория может объяснить странное вращение нашего Солнца

Одним словом, вращение Солнца причудливо.

Можно было бы ожидать, что каждая широта его поверхности будет вращаться с более или менее одинаковой скоростью, но нет. Если бы вы могли стоять, например, на экваторе Солнца, вам потребовалось бы примерно 24 земных дня, чтобы совершить полный оборот. Если бы вы встали на любой из полюсов, вам потребовалось бы около 34 дней, чтобы вернуться в исходное положение.

Это известно как дифференциальное вращение, и оно долгое время озадачивало ученых.

По мере того, как мы все глубже и глубже погружаемся в недра Солнца, это становится еще более загадочным. Гелиосейсмологические наблюдения показывают, что это явление не ограничивается верхними слоями атмосферы — оно простирается примерно на 200 000 километров (124 000 миль) через всю зону солнечной конвекции.

Теперь группа под руководством физика Солнца Юто Бекки из Институт Макса Планка по исследованию Солнечной системы (MPS) нашел разгадку. Дифференциальное вращение, по-видимому, сдерживается долгопериодными колебаниями звуковых волн в зоне конвекции, которые можно обнаружить на поверхности как вихревые движения вокруг полюсов.

Солнце постоянно «гудит». Видимый поверхностный слой, известный как фотосфера, наполнен миллионами мод акустических колебаний, возрастающих и падающих с периодами около пяти минут.

Мы знали об этих модах некоторое время, но всего несколько лет назад группа исследователей под руководством директора MPS Лорана Жизона обнаружила новый тип акустических колебаний. Используя данные солнечных наблюдений за несколько лет, они обнаружили режим глобальных колебаний с гораздо более длительным периодом — 27 дней.

И было еще кое-что. Эти гигантские звуковые волны, распространяющиеся по Солнцу, похоже, каким-то образом связаны с дифференциальным вращением Солнца.

Еще в 2021 году, когда было опубликовано первоначальное открытие, исследователи полагали, что долговременные режимы колебаний зависят от на дифференциальном вращении. Но при более тщательном расследовании Бекки и его коллеги обнаружили, что отношения развиваются в обе стороны. Дифференциальное вращение ограничивается гигантскими звуковыми волнами.

Чтобы исследовать взаимосвязь между ними, он и его коллеги провели трехмерное численное моделирование, исследуя эффекты колебаний. Исследователи обнаружили, что моды в высоких широтах – те, которые окружают полюса – оказывают глубокое влияние на поведение Солнца, перенося тепло от полюсов в экваториальную область.

Потому что на полюсах теплее, чем на экваторе. , этот перенос тепла ограничивает разницу температур между двумя широтными областями. Это означает, что контраст между полюсами и экватором не может превышать 7 Кельвинов (7 градусов по Цельсию, или 12,6 градусов по Фаренгейту).

Хотя эта разница ничтожна, если говорить о шаре горячей плазмы, вращающемся со скоростью тысячи градусов, именно этот диапазон температур в конечном итоге контролирует дифференциальное вращение.

«Эта очень небольшая разница температур между полюсами и экватором контролирует баланс углового момента на Солнце и, таким образом, является важным механизмом обратной связи для глобального динамика», — объясняет Гизон.

Хотя эти процессы в некотором смысле различны, они похожи на то, как нестабильность атмосферы может вызвать гигантские циклонические штормы на Земле. И хотя еще остается загадка, которую предстоит разгадать, связь между процессами может помочь нам ее решить. Моды высокоширотных колебаний играют важную роль в управлении дифференциальным вращением Солнца. И, возможно, такая же динамика наблюдается и на других звездах.

Солнце — это большой старый огненный шар в небе, полный тайн и загадок. Постепенно мы приближаемся к их решению.

Исследование опубликовано в журнале Science Advances.