Скрытый сдвиг внутри Солнца может помочь объяснить слабые солнечные циклы

Периоды бурной активности Солнца, возможно, и пользуются всей славой, но даже в более спокойные времена наша родная звезда может тонко менять свою внутреннюю структуру.

Согласно новому анализу данных за десятилетия, затишья в 11-летнем цикле активности Солнца не одинаковы – и измеримые сдвиги в его внутренних вибрациях произошли во время самого глубокого солнечного минимума в новейшей истории.

«Впервые мы были Мы можем четко определить количественно, как внутренняя структура Солнца меняется от одного минимума цикла к другому», — говорит астроном Билл Чаплин из Университета Бирмингема в Великобритании.

«Внешние слои Солнца слегка изменяются в зависимости от циклов активности, и мы обнаружили, что глубокие тихие минимумы могут оставлять измеримый внутренний отпечаток».

Наше Солнце — это не статичная, неизменная ядерная печь в небе. Одним из наиболее ярких проявлений его динамической природы является солнечный цикл, который связан с изменением местами его магнитных полюсов. Каждые 11 лет или около того Солнце достигает пика активности, называемого солнечным максимумом, а затем снова опускается до солнечного минимума.

Активность приближается к солнечному максимуму, вызывая больше солнечных пятен, вспышек и выбросов корональной массы. Примерно в это же время магнитные полюса Солнца меняются местами. Не существует двух одинаковых солнечных циклов, причем некоторые максимумы сильнее других. Однако все минимумы кажутся довольно похожими друг на друга, по крайней мере, на первый взгляд.

А как насчет под поверхностью?

Используя Бирмингемскую сеть солнечных колебаний (BiSON) – сеть из шести телескопов по всему миру – команда под руководством астрофизика Сарбани Басу из Йельского университета внимательно изучила четыре последовательных солнечных минимума, охватывающих переходы между циклами 21. и 25 (сейчас мы находимся в 25-м солнечном цикле).

Команда исследовала акустические колебания внутри Солнца – захваченные звуковые волны, которые отражаются через солнечную плазму, заставляя свет на поверхности Солнца слегка мерцать.

Подобно тому, как сейсмические волны, проходящие через Землю, раскрывают подробности о ее недрах, звуковые волны внутри Солнца могут раскрыть то, что происходит под его поверхностью. Этот метод анализа известен как гелиосейсмология.

Исследователи изучали два основных сигнала. Первый известен как гелиевый глюк. Чуть ниже видимой поверхности Солнца есть слой, где гелий ионизируется из-за потери электронов, изменение его энергетического состояния оставляет характерный «отпечаток пальца» в данных колебаний.

Вторым является скорость звука внутри Солнца. Звук распространяется в среде с разной скоростью в зависимости от ее свойств, таких как температура и давление. Если внутренняя структура Солнца изменится хотя бы незначительно, изменится и скорость звука, и это приведет к смещению частот вибрации.

Команда также сравнила эти измерения с моделями поведения Солнца, основанными на немного других внутренних условиях.

Четыре минимума произошли в 1985 году, между 21 и 22 циклами; в 1996 г. – между 22 и 23 циклами; в 2008–2009 гг. – между 23 и 24 циклами; и в 2018–2019 годах, между 24 и 25 циклами.

Важно, что минимум 2008–2009 годов был одним из самых продолжительных и тихих с момента начала ведения учета – и он показал самые явные внутренние сдвиги из четырех. Сигнал гелиевого глюка был сильнее, чем три других минимума, а скорость звука была выше во внешних слоях Солнца.

Это говорит о том, что давление газа было выше, температура была немного выше, а магнитные поля были слабее в определенных областях Солнца во время этого минимума.

«Выявление того, как Солнце ведет себя под своей поверхностью в эти спокойные периоды, важно, потому что это поведение имеет сильное влияние на то, как уровни активности растут в последующих циклах», — отмечает Басу. и действительно, 24-й солнечный цикл был необычайно тихим, с одним из самых слабых максимумов, когда-либо зарегистрированных.

Прогнозировать поведение Солнца чрезвычайно сложно, отчасти потому, что двигатель, который приводит его в движение, скрыт под поверхностью. Это бурлящий, вращающийся, намагниченный шар плазмы, в котором даже крошечные внутренние сдвиги могут вызвать большие различия в активности.

По теме: Активность Солнца может вызвать землетрясения, и теперь мы знаем, как это сделать

В новой статье показано, что даже солнечная активность, которая на поверхности выглядит одинаково, может возникнуть из-за слегка различающихся внутренних условий. Это предполагает наличие уровня изменчивости, который, возможно, придется более тщательно учитывать в солнечных моделях.

«Наша работа демонстрирует силу долгосрочных звездных сейсмических наблюдений», — говорит Чаплин.

«В предстоящих миссиях, таких как PLATO Европейского космического агентства, методы, используемые в этом исследовании, могут быть применены к другим звездам, подобным Солнцу, что поможет нам лучше понять, как меняется их активность и как они влияют на местное окружение, включая любые планеты, на которых они могут находиться. хост.»

Результат исследования был опубликован в Ежемесячных уведомлениях Королевского астрономического общества.