Små magnetiske baldakiner kan danne et globalt splejsningslag i solfotosfæren

For nylig, et forskerhold ledet af Dr. Li Yan fra Yunnan Observatories of the Chinese Academy of Sciences foreslog et nyt middel til at udforske de små magnetiske felter i solatmosfæren ved at analysere frekvenserne af solens p-mode oscillationer, og fandt ud af, at de små magnetiske baldakiner kan danne et globalt splejsningslag i solfotosfæren, som ikke er blevet anerkendt før. Resultaterne blev offentliggjort online i Astrofysisk tidsskrift .

I 1962, Leighton et al. fundet adskillige svingninger af perioder omkring fem minutter på solfotosfæren. Observationer og teoretiske undersøgelser har vist, at disse oscillationer er egenmodes for sols globale svingninger svarende til stående lydbølger, og omtalt som solar p-mode oscillationer.

Tidligere undersøgelser af solens p-mode oscillationer viser, at de beregnede frekvenser baseret på standard solmodellerne afviger systematisk fra de observerede frekvenser for de tilsvarende oscillationstilstande, og den største frekvensafvigelse kan være 20 μHz.

Da den fysiske struktur nær solens overflade påvirker den højfrekvente oscillationstilstand mere end den lavfrekvente, denne systematiske afvigelse er kendt som overfladenær-effekten. Nylige undersøgelser antydede, at virkningen af ​​turbulent konvektion på den fysiske struktur omkring solfotosfæren kan være ansvarlig for denne nær overfladeeffekt. Stjernemodeller, der overvejer effekten af ​​turbulent konvektion, kan reducere den maksimale afvigelse til omkring 3 μHz.

De små magnetiske felter i det stille område af solskiven er en vigtig opbygning af solens magnetfelt. På grund af deres små størrelser, de kan ikke ses i de almindelige solmagnetogrammer, og omtales ofte som "skjulte magnetfelter." Observationerne fra Solar Optical Telescope ombord på Hinode-satellitten viser, at den vandrette komponent har en gennemsnitlig styrke på omkring 55 gauss, og den lodrette komponent har en typisk styrke på omkring 11 gauss.

3D magneto-hydrodynamiske simuleringer viser, at den konvektive bevægelse kan skubbe det tidligere ensartet fordelte magnetfelt opad, hvilket resulterer i dannelsen af ​​vandret magnetiske bånd i en højde 400~500 kilometer over bunden af ​​fotosfæren. Disse magnetiske bånd omtales nogle gange som den "småskala magnetiske baldakin."

I dette arbejde, forskerne introducerede magnetfelterne og det magnetiske tryk i modellen af ​​solatmosfæren, og undersøgte dens effekt på udbredelsen af ​​sol-p-mode-svingninger i solatmosfæren ved at justere placeringen af ​​magnetfeltet og størrelsen af ​​det magnetiske tryk.

Det har vist sig, at de små magnetiske baldakiner afsløret af de tredimensionelle numeriske simuleringer ikke kan fordeles tilfældigt i solens atmosfære, men snarere at blive splejset sammen i vandret retning for at danne et lille magnetisk baldakinlag.

Som resultat, magnetfeltstyrken vil stige, når man krydser dette lille magnetiske baldakinlag, fører til en hurtig stigning i det magnetiske tryk og det medfølgende hurtige fald i gastrykket. P-mode oscillationsbølgerne, der udbreder sig fra solens indre, vil blive fuldstændig reflekteret på dette sted, således ækvivalent forstørre hulrummet af p-mode oscillationerne.

Forskerne sammenlignede de teoretiske frekvenser af p-mode oscillationerne med de observerede frekvenser af de tilsvarende tilstande, og fandt, at den maksimale afvigelse kun er omkring 0,5 μHz, hvilket er meget bedre end resultaterne givet af andre modeller. Den udledte magnetfeltintensitet er omkring 90 gauss, hvilket stemmer overens med de observerede resultater.

På samme tid, højden af ​​det lille magnetiske baldakinlag udledt fra den nuværende model er omkring 630 kilometer højt i fotosfæren, hvilket er i overensstemmelse med højden af ​​den lille magnetiske baldakin givet af nogle tredimensionelle numeriske simuleringer.

Opdagelsen af ​​et magnetisk baldakinlag i lille skala fremmer ikke kun et stort skridt i retning af endelig at løse det langvarige problem med den overfladenære effekt af solenergiens p-mode oscillationer, men giver også et kritisk fingerpeg for yderligere forståelse af den fysiske struktur af solfotosfæren og oprindelsen af ​​solens magnetfelter.