Langtidssvingninger af Solen opdaget

Et team af solfysikere ledet af Laurent Gizon fra Max Planck Institute for Solar System Research (MPS) og universitetet i Göttingen i Tyskland har rapporteret opdagelsen af ​​globale oscillationer af Solen med meget lange perioder, sammenlignelig med solrotationsperioden på 27 dage. Svingningerne viser sig ved soloverfladen som hvirvlende bevægelser med hastigheder i størrelsesordenen 5 kilometer i timen. Disse bevægelser blev målt ved at analysere 10 års observationer fra NASAs Solar Dynamics Observatory (SDO). Brug af computermodeller, forskerne har vist, at de nyopdagede svingninger er resonanstilstande og skylder deres eksistens til Solens differentielle rotation. Oscillationerne vil hjælpe med at etablere nye måder at sondere Solens indre og få information om vores stjernes indre struktur og dynamik. Forskerne beskriver deres resultater i et brev, der vil blive vist i dag i tidsskriftet Astronomi og astrofysik .

I 1960'erne blev Solens høje musikalske toner opdaget:Solen ringer som en klokke. Millioner af akustiske svingninger med korte perioder, næsten 5 minutter, exciteres af konvektiv turbulens nær soloverfladen og er fanget i solens indre. Disse 5-minutters svingninger er blevet observeret kontinuerligt af jordbaserede teleskoper og rumobservatorier siden midten af ​​1990'erne og er blevet brugt med stor succes af helioseismologer til at lære om vores stjernes indre struktur og dynamik – ligesom seismologer lærer om det indre af stjernen. Jorden ved at studere jordskælv. En af helioseismologiens triumfer er at have kortlagt Solens rotation som funktion af dybde og breddegrad (solens differentiale rotation).

Ud over de 5-minutters svingninger, oscillationer af meget længere perioder blev forudsagt at eksistere i stjerner for mere end 40 år siden, men var ikke blevet identificeret på Solen indtil nu. "De langvarige svingninger afhænger af Solens rotation; de er ikke akustiske i naturen, " siger Laurent Gizon, hovedforfatter af det nye studie og direktør ved MPS. "At detektere Solens langtidssvingninger kræver målinger af de vandrette bevægelser ved Solens overflade over mange år. De kontinuerlige observationer fra Helioseismic and Magnetic Imager (HMI) ombord SDO er perfekte til dette formål."

Holdet observerede mange snese af svingningsmåder, hver med sin egen svingningsperiode og rumlige afhængighed. Nogle oscillationsformer har maksimal hastighed ved polerne, nogle på mellembreddegrader, og nogle nær ækvator. Modierne med maksimal hastighed nær ækvator er Rossby-tilstande, som holdet allerede havde identificeret i 2018. "De langvarige svingninger manifesterer sig som meget langsomme hvirvlende bevægelser ved Solens overflade med hastigheder på omkring 5 kilometer i timen - omtrent hvor hurtigt en person går, " siger Zhi-Chao Liang fra MPS. Kiran Jain fra NSO, sammen med B. Lekshmi og Bastian Proxauf fra MPS, bekræftede resultaterne med data fra Global Oscillation Network Group (GONG), et netværk af seks solobservatorier i USA, Australien, Indien, Spanien, og Chile.

For at identificere arten af ​​disse svingninger, holdet sammenlignede observationsdataene med computermodeller. "Modellerne giver os mulighed for at se ind i Solens indre og bestemme den fulde tredimensionelle struktur af svingningerne, " forklarer MPS kandidatstuderende Yuto Bekki. For at opnå modeloscillationerne, holdet begyndte med en model af Solens struktur og differentielle rotation udledt af helioseismologi. Ud over, styrken af ​​den konvektive kørsel i de øverste lag, og amplituden af ​​turbulente bevægelser er taget højde for i modellen. Modellens frie svingninger findes ved at overveje små-amplitude-forstyrrelser til solmodellen. De tilsvarende hastigheder ved overfladen passer godt til de observerede svingninger og gjorde det muligt for holdet at identificere tilstandene.

"Alle disse nye svingninger, vi observerer på Solen, er stærkt påvirket af Solens differentielle rotation, " siger MPS-forsker Damien Fournier. Afhængigheden af ​​solrotationen med breddegrad bestemmer, hvor tilstandene har maksimale amplituder. "Oscillationerne er også følsomme over for egenskaberne i Solens indre:især styrken af ​​de turbulente bevægelser og den relaterede viskositet af solmediet, samt styrken af ​​den konvektive kørsel, " siger Robert Cameron fra MPS. Denne følsomhed er stærk i bunden af ​​konvektionszonen, omkring to hundrede tusinde kilometer under soloverfladen. "Ligesom vi bruger akustiske svingninger til at lære om lydhastigheden i solens indre med helioseismologi, vi kan bruge de langvarige svingninger til at lære om de turbulente processer, " tilføjer han.

"Opdagelsen af ​​en ny type soloscillationer er meget spændende, fordi den giver os mulighed for at udlede egenskaber, såsom styrken af ​​konvektiv kørsel, som i sidste ende styrer soldynamoen, " siger Laurent Gizon. Det diagnostiske potentiale i langtidstilstandene vil blive fuldt ud realiseret i de kommende år ved hjælp af en ny exascale computermodel, der udvikles som en del af projektet WHOLESUN, støttet af et European Research Council 2018 Synergy Grant.