Новая теория объяснила аномальное вращение Солнца

Ученые раскрыли одну из солнечных загадок и нашли связь между вихревыми движениями вокруг полюсов и акустическими колебаниями звезды.

Солнце странно вращается. Можно было бы ожидать, что каждая часть 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 звезды, вам потребовалось бы около 34 дней, чтобы вернуться в исходное положение, пишет ScienceAlert.

Аномалия известна как дифференциальное вращение. Она долгое время озадачивала ученых. Все становится еще более загадочным по мере того, как человечество все глубже и глубже проникает в недра Солнца. Наблюдения за звездой показывают, что причудливое вращение не ограничивается верхними слоями атмосферы — оно простирается примерно на 200 000 километров через всю зону солнечной конвекции.

Команда под руководством астрофизика Юто Бекки из Института исследований Солнечной системы Макса Планка (MPS) нашла разгадку. Дифференциальное вращение, по-видимому, сдерживается долгопериодическими 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 систем акустических колебаний, поднимающихся и опускающихся с периодами примерно пять минут. Несколько лет назад группа исследователей под руководством директора MPS Лорана Гизона обнаружила новый тип акустических колебаний. Используя данные солнечных наблюдений за несколько лет, они открыли глобальный режим колебаний с гораздо более длительным периодом в 27 дней.

Гигантские звуковые волны, пробегающие по Солнцу, связаны с дифференциальным вращением звезды. Еще в 2021 году, когда было опубликовано первоначальное исследование, ученые полагали, что долговременные режимы колебаний основаны на дифференциальном вращении. При более тщательном расследовании оказалось, что отношения развиваются в обе стороны.

Дифференциальное вращение ограничивается гигантскими звуковыми волнами. Чтобы исследовать взаимосвязь между ними, ученые провели трехмерное численное моделирование, исследуя эффекты колебаний. Они обнаружили, что системы в высоких широтах — те, которые окружают полюса — оказывают глубокое влияние на поведение Солнца, перенося тепло от полюсов в экваториальную область.

Поскольку на полюсах теплее, чем на экваторе, перенос тепла ограничивает разницу температур между двумя широтными областями. Это означает, что контраст между полюсами и экватором не может превышать 7 °С. Хотя эта разница невелика, если говорить о шаре из горячей плазмы, вращающемся при температуре в тысячи градусов, именно этот температурный диапазон в конечном итоге контролирует дифференциальное вращение.

«Очень небольшая разница температур между полюсами и экватором контролирует баланс углового момента на Солнце и, таким образом, является важным механизмом обратной связи для глобальной динамики Солнца», — объясняет Гизон.

Хотя солнечные и земные процессы имеют различия, происходящее на Солнце напоминает то, как нестабильность атмосферы вызывает гигантские циклонические штормы на Земле. Системы высокоширотных колебаний играют важную роль в управлении дифференциальным вращением Солнца. И, возможно, та же динамика наблюдается и у других звезд.

Ранее в Альпах обнаружили следы мощнейшей солнечной бури. Она произошла 14 300 лет назад.