Undersøgelse bekræfter indflydelsen af ​​planetariske tidevandskræfter på solaktivitet

Et af de store spørgsmål i solfysikken er, hvorfor solens aktivitet følger en regulær cyklus på 11 år. Forskere fra Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR), et uafhængigt tysk forskningsinstitut, præsenterer nu nye resultater, hvilket indikerer, at Venus' tidevandskræfter, Jorden og Jupiter påvirker solens magnetfelt, styrer således solcyklussen. Holdet af forskere præsenterer deres resultater i tidsskriftet Solfysik .

I princippet, det er ikke usædvanligt, at en stjernes magnetiske aktivitet som solen undergår cykliske svingninger. Og alligevel har tidligere modeller ikke været i stand til tilstrækkeligt at forklare solens meget regelmæssige cyklus. Det er nu lykkedes HZDR-forskerholdet at påvise, at de planetariske tidevandskræfter på solen virker som et ydre ur, og er den afgørende faktor bag dens stabile rytme. For at opnå dette resultat, videnskabsmændene sammenlignede systematisk historiske observationer af solaktivitet fra de sidste tusind år med planetariske konstellationer, statistisk bevis for, at de to fænomener hænger sammen. "Der er et forbløffende højt niveau af overensstemmelse:Det, vi ser, er fuldstændig parallelitet med planeterne i løbet af 90 cyklusser, " sagde Frank Stefani, hovedforfatter af undersøgelsen. "Alt peger på en clocket proces."

Som med Månens tyngdekraft, der forårsager tidevand på Jorden, planeter er i stand til at fortrænge det varme plasma på solens overflade. Tidevandskræfterne er stærkest, når der er maksimal Venus-Jord-Jupiter-justering; en konstellation, der opstår hvert 11.07 år. Men effekten er for svag til væsentligt at forstyrre strømmen i solens indre, hvorfor det tidsmæssige sammenfald længe blev forsømt. Imidlertid, HZDR-forskerne fandt derefter beviser for en potentiel indirekte mekanisme, der muligvis kan påvirke solens magnetfelt via tidevandskræfter:oscillationer i Tayler-ustabiliteten, en fysisk effekt, fra en bestemt strøm, kan ændre adfærden af ​​en ledende væske eller af et plasma. Med udgangspunkt i dette koncept, forskerne udviklede deres første model i 2016; de har siden avanceret denne model i deres nye undersøgelse for at præsentere et mere realistisk scenarie.

Lille trigger med stor indflydelse:tidevand udnytter ustabilitet

I solens varme plasma, Taylers ustabilitet forstyrrer fluxen og magnetfeltet, selv reagerer meget følsomt på små kræfter. Et lille fremstød af energi er nok til, at forstyrrelserne kan svinge mellem højrehåndet og venstrehånds helicitet (projektionen af ​​spin på momentumretningen). Det momentum, der kræves til dette, kan induceres af planetariske tidevandskræfter hvert elleve år - i sidste ende indstiller det også den rytme, hvormed magnetfeltet vender solens polaritet.

"Da jeg første gang læste om ideer, der forbinder soldynamoen med planeter, Jeg var meget skeptisk, Stefani huskede. "Men da vi opdagede den strømdrevne Tayler-ustabilitet, der undergik helicitetssvingninger i vores computersimuleringer, Jeg spurgte mig selv:Hvad ville der ske, hvis plasmaet blev påvirket af en lille, tidevandslignende forstyrrelse? Resultatet var fænomenalt. Oscillationen var virkelig begejstret og blev synkroniseret med timingen af ​​den eksterne forstyrrelse."

Solar dynamo med et ekstra touch

I standardscenariet for en dynamo, solens rotation og den komplekse bevægelse af solplasmaet skaber et cyklisk skiftende magnetfelt. To effekter interagerer her:plasmaet roterer hurtigere ved solens ækvator end ved polerne. Dette fører til omega-effekten:de magnetiske feltlinjer, der er frosset i plasmaet, strækker sig rundt om solen og omdanner magnetfeltet til et felt, der er justeret næsten parallelt med solens ækvator. Alfa-effekten beskriver en mekanisme, der vrider magnetfeltlinjer, tvinger magnetfeltet tilbage i nord-syd retning.

Hvad der præcist forårsager alfa-effekten, imidlertid, er genstand for uenighed. Stefanis model indikerer, at Tayler-ustabiliteten er delvist ansvarlig for dette. Forskerne anser det mest plausible scenarie for at være et, hvor en klassisk soldynamo kombineres med de moduleringer, som planeterne ophidser. "Så ville solen være en helt almindelig, ældre stjerne, hvis dynamo-cyklus, imidlertid, er synkroniseret af tidevandet, " opsummerede Stefani. "Det fantastiske ved vores nye model er, at vi nu let er i stand til at forklare effekter, som tidligere var svære at modellere, såsom "falske" heliciteter, som observeret med solpletter, eller den velkendte dobbelttop i solens aktivitetskurve."

Udover at påvirke den 11-årige cyklus, planetariske tidevandskræfter kan også have andre effekter på solen. For eksempel, det er også tænkeligt, at de ændrer lagdelingen af ​​plasmaet i overgangsområdet mellem den indre strålingszone og solens ydre konvektionszone (tachoklinen) på en sådan måde, at den magnetiske flux lettere kan ledes. Under disse forhold, størrelsen af ​​aktivitetscyklusser kan også ændres, som det engang var tilfældet med Maunder Minimum, da der var et stærkt fald i solaktiviteten i en længere fase.

På lang sigt, en mere præcis model af soldynamoen ville hjælpe videnskabsmænd med at kvantificere klimarelevante processer såsom rumvejr mere effektivt, og måske endda for at forbedre klimaforudsigelser en dag. De nye modelberegninger betyder også, at udover tidevandskræfter, potentielt andet, hidtil forsømte mekanismer ville skulle integreres i soldynamo-teorien, mekanismer med svage kræfter, der alligevel – som forskerne ved nu – kan have stor indflydelse. For at kunne undersøge dette grundlæggende spørgsmål i laboratoriet, også, forskerne er i øjeblikket ved at sætte et nyt flydende metal-eksperiment op på HZDR.