Twisted Tale of Sunspots

Jedno z największych pytań w astronomii słonecznej może znaleźć odpowiedź po ponad 400 latach, dzięki dociekliwemu zespołowi niemieckich badaczy. Co jedenaście lat populacja plam słonecznych widocznych na powierzchni naszej lokalnej gwiazdy osiąga maksimum, zanim umrze. Potem zaczyna się pojawiać kolejna populacja plam słonecznych (tym razem z biegunami odwróconymi od poprzedniego cyklu), zanim one również osiągną szczyt i znikną. Proces ten może być dobrze znany, ale powód tych 11-letnich szczytów pozostawał tajemnicą.

Nowe badanie sugeruje, że na pole magnetyczne Słońca mogą wpływać siły grawitacyjne Wenus, Ziemi i Jowisza, co powoduje cykliczny cykl plam słonecznych. Naukowcy porównali cykle słoneczne z pozycjami planet, stwierdzając, że siły grawitacyjne tych trzech światów działają jak kosmiczny zegar, regulujący cykl słoneczny.

„Istnieje zadziwiająco wysoki poziom zgodności: widzimy całkowitą równoległość z planetami w ciągu 90 cykli. Wszystko wskazuje na przyspieszony proces ”- wyjaśnił Frank Stefani z niemieckiego instytutu badawczego Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR).

Cykl plam słonecznych można łatwo zobaczyć na tej grafice, wyprodukowanej przez NASA w 2017 roku. Obecnie znajdujemy się w najniższym punkcie tego cyklu. Źródło zdjęcia: NASA / ARC / Hathaway

Brakowało Ci miejsca właśnie tam

Plamy słoneczne były po raz pierwszy wyraźnie widoczne w latach 1610–1611, w latach następujących po wynalezieniu teleskopu. Chociaż Galileo często przypisuje się odkrycie, kilku pionierskich astronomów tamtej epoki doniosło o wykryciu charakterystycznych ciemnych plam na Księżycu w tym samym czasie.

Plamka słoneczna widziana przez Obserwatorium Dynamiki Słońca (SDO) pokazuje swoje silne pole magnetyczne. Zdjęcie: Goddard Space Flight Center / SDO NASA

Publikacja pierwszego artykułu rozpoznającego te cechy, autorstwa holenderskiego astronoma Johannesa Fabriciusa, zszokowała entuzjastę społeczeństwa z początku XVII wieku, które zawsze wierzyło w idealne, niezmienne, pozbawione cech słońce.

De Maculis in Sole observatis et Apparente earum cum Sole Conversione Narratio (Narracja o plamach obserwowanych na Słońcu i ich pozornej rotacji ze Słońcem), opublikowana w czerwcu 1611 roku, była pierwszą publikacją naukową opisującą plamy słoneczne. Obraz domeny publicznej.

„W tamtym czasie ludzie wierzyli, że słońce jest nienaruszonym, niezmiennym, doskonałym ciałem. Ludzie, tacy jak Fabricius i Galileo, pokazali, że plamy te podróżowały po powierzchni i że słońce obracało się ”, opisuje fizyk słoneczny Keith Strong z NASA Goddard Space Flight Center.

Wszyscy w kolejce!

Największa siła grawitacji planet na Słońcu występuje raz na 11,07 lat, kiedy Wenus, Ziemia i Jowisz wyrównują się. Przyciąganie grawitacyjne z tego układu powoduje siły pływowe na Słońcu, podobnie jak sposób, w jaki nasz własny Księżyc ciągnie oceany w górę, tworząc fale.

Efekt ten nie jest wystarczająco silny, aby wpłynąć na wnętrze naszego gwiezdnego towarzysza, dlatego czas tego wyrównania był wcześniej pomijany we wcześniejszych badaniach cykli plam słonecznych. Jednak efekt fizyczny znany jako niestabilność Taylera jest w stanie zmienić zachowanie cieczy przewodzących lub plazmy.

Niestabilność Taylera zmienia szybkość przepływu materiału (strumień) w obiekcie, takim jak Słońce, i może wpływać na pola magnetyczne. Efekt ten może zostać wywołany przez stosunkowo niewielkie ruchy materiałów, takich jak plazma znajdująca się na powierzchni Słońca. Z powodu tego efektu te stosunkowo niewielkie siły pływowe mogą zmieniać zależność plam słonecznych od ich kierunku podróży. Pomiar ten, znany jako helisa regionu plazmy, zmienia dynamo słoneczne (proces fizyczny, który generuje pole magnetyczne naszej gwiazdy macierzystej).

Słońce, zasadzone w ten sposób, według Praw Mechanicznych, Ziemia i każda odległa planeta przyciąga;
Dzięki której Przyciągnięciu wszystkie znalezione Planety, w jego zasięgu, zostaną obrócone w rundzie Eteru.
- Richard Blackmore, In Creation: A Philosophical Poem in Seven Books

„Pola magnetyczne są trochę jak gumki. Składają się z ciągłych pętli linii siły, które mają zarówno napięcie, jak i nacisk. Podobnie jak gumki, pola magnetyczne można wzmocnić, rozciągając je, skręcając i składając na siebie. To rozciąganie, skręcanie i składanie odbywa się przez przepływy płynu w Słońcu ”, wyjaśnia Marshall Space Flight Center.

Stefani miał wątpliwości, czy siły pływowe z planet mogą zmienić wydarzenie tak potężne jak dynamo słoneczne. Jednak, gdy zdał sobie sprawę, że niestabilność Taylera może wyzwalać proces, Stefani i jego zespół rozpoczęli opracowywanie symulacji komputerowej do modelowania procesu.

„Zadałem sobie pytanie: co by się stało, gdyby na plazmę wpłynęło małe zaburzenie podobne do pływów? Wynik był fenomenalny. Oscylacja była naprawdę podekscytowana i została zsynchronizowana z czasem zewnętrznych zakłóceń ”- wyjaśnia Stefani.

Słońce, miejsce, słońce!

Ruch słońca jest złożony, z wieloma efektami przyczyniającymi się do jego skomplikowanego tańca. Gdy słońce się obraca, równik porusza się szybciej niż materiał w pobliżu biegunów. W procesie znanym jako efekt omega linie pola magnetycznego słońca są ciągnięte i rozciągane w pobliżu równika, tworząc zakręt w kierunku równika słonecznego.

Słabo zrozumiany efekt alfa wpływa następnie na linie magnetyczne, popychając je w kierunku ich pierwotnego wyrównania, powodując skręcenie linii siły.

Linie magnetyczne można zobaczyć nad plamami słonecznymi na tym zdjęciu naładowanych cząstek, uchwyconych w ekstremalnym świetle ultrafioletowym. Źródło zdjęcia: NASA / GSFC / Solar Dynamics Observatory

Te działania tworzą chłodne, ciemne obszary znane jako plamy słoneczne. Podczas gdy większość powierzchni Słońca świeci około 5500 stopni Celsjusza (9,900 Fahrenheita), plamy słoneczne pozostają we względnie chłodnym 3200 stopniach Celsjusza (5800 Fahrenheita). Plamy słoneczne są nadal dość jasne, tylko wydają się ciemne na tle paskudnego tła powierzchni słonecznej.

Ten nowy model, składający siły pływowe w złożone procesy dynama słonecznego, może wyjaśnić kilka pytań astronomów i fizyków na temat dynama słonecznego i jego wpływu na naszą gwiazdę macierzystą.

Sonda słoneczna Parker znajduje się obecnie na orbicie wokół Słońca w celu zbadania z bliska naszego gwiezdnego towarzysza. Ten program może odpowiedzieć na wiele tajemnic dotyczących Słońca w ciągu najbliższych kilku lat.