Variabelt solskin – forskere forklarer, hvorfor vores sols lysstyrke svinger

Solen skinner fra himlen, tilsyneladende rolig og unuanceret. Faktisk, det skinner ikke altid med ensartet lysstyrke, men viser dæmpninger og lysere. To fænomener alene er ansvarlige for disse fluktuationer:magnetfelterne på den synlige overflade og gigantiske plasmastrømme, bobler op fra stjernens indre. Et hold ledet af Max Planck Institute for Solar System Research i Göttingen rapporterer dette resultat i dagens udgave af Natur astronomi . For første gang, forskerne har formået at rekonstruere fluktuationer i lysstyrke på alle tidsskalaer, der er observeret til dato - fra minutter op til årtier. Disse nye indsigter er ikke kun vigtige for klimaforskningen, men kan også anvendes på fjerne stjerner. Og de kan forenkle den fremtidige søgen efter exoplaneter.

Når en exoplanet passerer foran sin moderstjerne, stjernen mørkner kortvarigt. Selv fra en afstand af mange lysår, rumteleskoper registrerer disse ændringer – og registrerer dermed exoplaneterne. I teorien. I praksis, det er mere kompliceret, når lysstyrken af ​​mange stjerner svinger, ligner Solens.

Disse udsving kan overlejre signalerne fra forbipasserende exoplaneter. "Imidlertid, hvis vi er opmærksomme på detaljerne i stjernens iboende lysstyrkeudsving, exoplaneter kan detekteres med stor præcision, " siger Alexander Shapiro fra Max Planck Institute for Solar System Research.

Shapiro og hans kolleger har taget et første skridt i denne retning med deres nuværende papir - med et detaljeret kig på en særlig stjerne:vores sol. Siden begyndelsen af ​​rumalderen, talrige rumfartøjer har leveret detaljerede data indsamlet upåvirket af forstyrrelser forårsaget af Jordens atmosfære.

Disse data udfordrer alvorligt enhver model, der beskriver fluktuationer i stjernernes lysstyrke:kan de målte fluktuationer rekonstrueres ved hjælp af en model? Og er det muligt at knytte udsvingene til stjernens fysiske egenskaber?

En særlig vanskelighed:vores sols lysstyrke varierer på meget forskellige tidsskalaer. Nogle udsving har cyklusser på kun et par minutter; andre, som har indflydelse på Jordens langsigtede klima, kan kun registreres af forskere gennem årtier. En samlet teori, der omfatter alle disse tidsskalaer, har hidtil manglet.

Den nye undersøgelses tour de force ligger præcis i dette punkt. Det beviser, at kun to fænomener bestemmer, hvor stærkt vores stjerne skinner. På den ene side er de varme plasmastrømme, der stiger op fra Solens indre, afkøles og synker igen i dets dybder. Den varme, opstigende materiale er lysere end det plasma, der allerede er afkølet på overfladen.

På denne måde strømmene genererer en karakteristik, hurtigt skiftende mønster af lyse og mørke områder, kendt som granulering. Typiske strukturer inden for denne granulering er flere hundrede kilometer store. "Granulering forårsager primært hurtige lysstyrkeudsving, med tidsskalaer på mindre end fem timer, " siger Max Planck-forsker og medforfatter Natalie Krivova.

På den anden side, Solens variable magnetfelter spiller en afgørende rolle. I perioder med høj aktivitet, de kan genkendes på den synlige overflade af vores stjerne ved hjælp af mørke områder (solpletter) og især lyse områder (faculae). Sammenlignet med granulering, begge strukturer er meget store; nogle solpletter kan endda skelnes med det blotte øje fra Jorden. Ud over, variationer i deres antal og form er betydeligt langsommere. Ændringer i Solens magnetfelt fører derfor til lysstyrkeudsving på tværs af tidsskalaer på mere end fem timer.

Til deres analyser, forskerne brugte data opnået fra instrumenter på SOHO (Solar and Heliospheric Observatory) og SDO (Solar Dynamics Observatory) rumsonder, som har registreret lysstyrkemønstrene og magnetfelterne på Solens overflade i årevis. Ved at bruge disse optegnelser, hvoraf nogle dækker en 19-årig periode med soludvikling, de var i stand til at analysere lysstyrkeudsving og til gengæld sammenligne dem med målte data opnået fra PICARD og SOHO (opnået af et andet instrument end registreret magnetfeltet).

Alle tidligere målte lysstyrkeudsving – både hurtige og meget langsigtede – kan reproduceres på denne måde. "Resultaterne af vores undersøgelse viser os, at vi har identificeret de styrende parametre i vores model, " slutter Sami K. Solanki, Direktør ved Max Planck Institute for Solar System Research og anden forfatter af undersøgelsen. "Dette vil nu give os mulighed for, endelig, at modellere lysstyrkeudsvingene for andre stjerner."