Вращение Солнца, мягко говоря, странное. Казалось бы, на всех широтах его поверхности вращение должно происходить с более или менее одинаковой скоростью, но это не так. Например, если бы вы могли стоять на экваторе Солнца, вам потребовалось бы около 24 земных суток, чтобы совершить полный оборот. Если бы вы стояли на любом из полюсов, то для возвращения в исходное положение вам потребовалось бы около 34 дней.
Это явление известно как дифференциальное вращение, и оно уже давно озадачивает ученых. Загадка становится еще более сложной, по мере того как мы проникаем все глубже и глубже в недра Солнца. Гелиосейсмологические наблюдения показывают, что это явление не ограничивается верхними слоями атмосферы – оно простирается вниз примерно на 200 000 километров, охватывая всю зону конвекции Солнца.
Теперь группа исследователей под руководством физика Юто Бекки из Института исследований Солнечной системы имени Макса Планка (MPS) обнаружила ключ к разгадке. По-видимому, дифференциальное вращение сдерживается длиннопериодными колебаниями звуковых волн в зоне конвекции, которые можно обнаружить на поверхности в виде вихревых движений вокруг полюсов.
Содержание
Это открытие может помочь нам лучше понять внутреннюю структуру и динамику Солнца, а также его влияние на Землю и другие планеты Солнечной системы.
Солнце постоянно “гудит”: гигантские звуковые волны влияют на его вращение
Солнце непрерывно “гудит”. Видимый поверхностный слой, известный как фотосфера, вибрирует миллионами акустических колебаний, которые возникают и затухают с периодом около пяти минут.
О существовании этих колебаний мы знаем уже давно, но всего несколько лет назад группа исследователей под руководством директора MPS Лорана Гизона обнаружила новый тип. Используя данные солнечных наблюдений за несколько лет, они обнаружили глобальную колебательную моду с гораздо более длительным периодом – 27 дней.
И было еще кое-что. Эти гигантские звуковые волны, пронизывающие Солнце, казались каким-то образом связанными с дифференциальным вращением Солнца.
Еще в 2021 году, когда было опубликовано первоначальное открытие, исследователи полагали, что длиннопериодные колебания зависят от дифференциального вращения. Но при более внимательном изучении Бекки и его коллеги обнаружили, что взаимосвязь обоюдная. Дифференциальное вращение сдерживается гигантскими звуковыми волнами.
Это открытие проливает новый свет на внутреннюю динамику Солнца и помогает нам лучше понять его влияние на Солнечную систему.
Как гигантские звуковые волны влияют на вращение Солнца: результаты моделирования
Чтобы изучить взаимосвязь между гигантскими звуковыми волнами и дифференциальным вращением Солнца, Бекки и его коллеги провели трехмерное численное моделирование, исследуя влияние этих колебаний.
Исследователи обнаружили, что моды на высоких широтах – те, которые окружают полюса, – оказывают глубокое влияние на поведение Солнца, перенося тепло от полюсов к экваториальной области. Поскольку полюса теплее, чем экватор, 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 Цельсия). Хотя эта разница крошечная, когда речь идет о шаре горячей плазмы, которая бурлит при тысячах градусов, именно этот температурный диапазон в конечном счете контролирует дифференциальное вращение.
Таким образом, гигантские звуковые волны играют важную роль в регулировании вращения Солнца, ограничивая разницу температур между полюсами и экватором. Это открытие помогает нам лучше понять сложную динамику нашей звезды.
“Эта очень небольшая разница температур между полюсами и экватором контролирует баланс углового момента Солнца и, таким образом, является важным механизмом обратной связи для глобальной динамики Солнца”, – поясняет Гизон.
Хотя процессы в некоторых отношениях различаются, это схоже с тем, как атмосферные неустойчивости могут порождать гигантские циклонические штормы на Земле. И хотя еще многое предстоит разгадать, связь между этими процессами может помочь нам в этом. Высокоширотные колебательные моды играют значительную роль в управлении дифференциальным вращением Солнца. И, возможно, та же динамика действует и на других звездах.
Солнце – это большой странный огненный шар в небе, полный тайн и загадок. Шаг за шагом мы приближаемся к их разрешению.
Исследование опубликовано в журнале Science Advances.
Читайте также: Биолог утверждает, что Солнце может обладать сознанием