Bevægelser i solen afslører den indre funktion af solpletcyklussen

Solens magnetiske aktivitet følger en 11-årig cyklus. I løbet af en solcyklus, solens magnetiske aktivitet kommer og går. Under sol maksimum, store solpletter og aktive områder opstår på solens overflade. Spektakulære loops af varmt plasma strækker sig gennem solens atmosfære, og udbrud af partikler og stråling skyder ind i det interplanetariske rum. Under sol-minimum, solen falder betydeligt til ro. En slående regelmæssighed vises i det såkaldte sommerfuglediagram, som beskriver solpletternes position i et tids-breddegradsplot. I begyndelsen af ​​en solcyklus, solpletter dukker op på mellembreddegrader. Som cyklussen skrider frem, de kommer tættere og tættere på ækvator. For at forklare dette "sommerfuglediagram, Solfysikere formoder, at det dybe magnetiske felt føres mod ækvator af en storstilet strøm.

"I løbet af en solcyklus, Meridionalstrømmen fungerer som et transportbånd, der trækker magnetfeltet med og indstiller perioden for solcyklussen, " siger prof. Dr. Laurent Gizon, MPS-direktør og førsteforfatter til den nye undersøgelse. "At se geometrien og amplituden af ​​bevægelser i solens indre er afgørende for at forstå solens magnetfelt, " tilføjer han. Til dette formål, Gizon og hans team brugte helioseismologi til at kortlægge plasmastrømmen under solens overflade.

Helioseismologi er for solfysik, hvad seismologi er for geofysik. Helioseismologer bruger lydbølger til at undersøge solens indre, på nogenlunde samme måde bruger geofysikere jordskælv til at undersøge Jordens indre. Solens lydbølger har perioder tæt på fem minutter og exciteres kontinuerligt af nær overfladekonvektion. Bevægelserne forbundet med sollydbølger kan måles ved solens overflade ved hjælp af teleskoper på rumfartøjer eller på jorden. I dette studie, Gizon og hans team brugte observationer af lydbølger på overfladen, der forplanter sig i nord-syd-retning gennem solens indre. Disse bølger forstyrres af meridionalstrømmen:de bevæger sig hurtigere langs strømmen end mod strømmen. Disse meget små rejsetidsforstyrrelser (mindre end 1 sekund) blev målt meget omhyggeligt og blev fortolket til at udlede meridionalstrømmen ved hjælp af matematisk modellering og computere.

Fordi den er lille, Meridionalstrømmen er ekstremt svær at se i solens indre. "Meridionalflowet er meget langsommere end andre bevægelseskomponenter, såsom solens differentielle rotation, " forklarer Gizon. Meridionalstrømmen gennem konvektionszonen er ikke mere end dens maksimale overfladeværdi på 50 kilometer i timen.

"For at reducere støjniveauet i de helioseismiske målinger, det er nødvendigt at tage et gennemsnit af målingerne over meget lange perioder, " siger Dr. Zhi-Chao Liang fra MPS.

Holdet af videnskabsmænd analyserede, for første gang, to uafhængige meget lange tidsserier af data. Den ene blev leveret af SOHO, det ældste solobservatorium i rummet, som drives af ESA og NASA. Dataene taget af SOHO's Michelson Doppler Imager (MDI) dækker tiden fra 1996 til 2011. Et andet uafhængigt datasæt blev leveret af Global Oscillation Network Group (GONG), som kombinerer seks jordbaserede solteleskoper i USA, Australien, Indien, Spanien, og Chile for at tilbyde næsten kontinuerlige observationer af solen siden 1995. "Det internationale solfysiske samfund skal have ros for at levere flere datasæt, der dækker de sidste to solcyklusser, " siger Dr. John Leibacher, en tidligere direktør for GONG-projektet. "Dette gør det muligt at tage et gennemsnit over lange perioder og at sammenligne svar, hvilket er helt afgørende for at validere slutninger."

Gizon og hans team finder, at strømmen er mod ækvator ved bunden af ​​konvektionszonen, med en hastighed på kun 15 kilometer i timen (løbehastighed). Strømningen ved soloverfladen er polvendt og når op til 50 kilometer i timen. Det overordnede billede er, at plasmaet går rundt i én gigantisk løkke i hver halvkugle. Bemærkelsesværdigt, den tid, det tager for plasmaet at fuldføre løkken, er cirka 22 år – og dette giver den fysiske forklaring på solens elleve-årige cyklus. solpletter dukker op tættere på ækvator, efterhånden som solcyklussen skrider frem, som det ses i sommerfuglediagrammet. "Alt i alt, vores undersøgelse understøtter den grundlæggende idé om, at afdriften mod ækvator af de steder, hvor solpletter dukker op, skyldes de underliggende meridionalstrømme, " siger Dr. Robert Cameron fra MPS.

"Det mangler at forstå, hvorfor solmeridionalstrømmen ser ud, som den gør, og hvilken rolle meridionalstrømmen spiller i at kontrollere magnetisk aktivitet på andre stjerner, " tilføjer Laurent Gizon.