Solens ur:Nye beregninger understøtter og udvider planethypotesen

Solfysikere verden over har længe søgt efter tilfredsstillende forklaringer på solens mange cykliske, overlappende aktivitetsudsving. Ud over de mest berømte, cirka 11-årig "Schwabe-cyklus", solen udviser også længere udsving, spænder fra hundreder til tusinder af år. Det følger, for eksempel, "Gleissberg-cyklussen" (ca. 85 år), "Suess-de Vries-cyklussen" (ca. 200 år) og kvasicyklussen af ​​"Bond-begivenheder" (ca. 1500 år), hver opkaldt efter deres opdagere. Det er ubestridt, at solens magnetfelt styrer disse aktivitetsudsving.

Forklaringer og modeller i ekspertkredse divergerer til dels meget om, hvorfor magnetfeltet overhovedet ændrer sig. Er solen styret eksternt eller ligger årsagen til de mange cyklusser i særlige ejendommeligheder ved selve soldynamoen? HZDR-forsker Frank Stefani og hans kolleger har i årevis søgt efter svar - primært på det meget kontroversielle spørgsmål om, hvorvidt planeterne spiller en rolle i solaktiviteten.

Rosetformet bevægelse af solen kan producere en 193-årig cyklus

Forskerne har senest set nærmere på solens kredsløbsbevægelse. Solen forbliver ikke fast i midten af ​​solsystemet:Den udfører en slags dans i det fælles tyngdefelt med de massive planeter Jupiter og Saturn - med en hastighed på 19,86 år. Vi ved fra Jorden, at det at dreje rundt i dens kredsløb udløser små bevægelser i Jordens flydende kerne. Noget lignende forekommer også i solen, men dette er hidtil blevet forsømt med hensyn til dets magnetfelt.

Forskerne fik den idé, at en del af solens vinkelomløbsmomentum kunne overføres til dens rotation og dermed påvirke den interne dynamoproces, der producerer solens magnetfelt. En sådan kobling ville være tilstrækkelig til at ændre tachoklinens ekstremt følsomme magnetiske lagerkapacitet, et overgangsområde mellem forskellige typer energitransport i solens indre. "De spiralformede magnetfelter kunne så lettere snappe til solens overflade, siger Stefani.

Forskerne integrerede en sådan rytmisk forstyrrelse af tachoklinen i deres tidligere modelberegninger af en typisk soldynamo, og de var således i stand til at gengive flere cykliske fænomener, der var kendt fra observationer. Det mest bemærkelsesværdige var, at ud over den 11,07-årige Schwabe-cyklus, de allerede havde modelleret i tidligere arbejde, magnetfeltets styrke ændrede sig nu også med en hastighed på 193 år - dette kunne være solens Suess-de Vries-cyklus, som fra observationer er blevet rapporteret til at være 180 til 230 år. Matematisk, de 193 år opstår som det, der er kendt som en beat-periode mellem 19,86-års-cyklussen og den dobbelte Schwabe-cyklus, også kaldet Hale-cyklussen. Suess-de Vries-cyklussen ville således være resultatet af en kombination af to ydre "ure":planeternes tidevandskræfter og solens egen bevægelse i solsystemets gravitationsfelt.

Planeter som metronom

For den 11.07-årige cyklus, Stefani og hans forskere havde tidligere fundet stærke statistiske beviser for, at det skal følge et eksternt ur. De knyttede dette "ur" til tidevandskræfterne på planeterne Venus, Jorden og Jupiter. Deres effekt er størst, når planeterne er på linje:en konstellation, der opstår hvert 11.07 år. Hvad angår den 193-årige cyklus, en følsom fysisk effekt var også her afgørende for at udløse en tilstrækkelig effekt af planeternes svage tidevandskræfter på soldynamoen.

Efter indledende skepsis over for planethypotesen, Stefani antager nu, at disse forbindelser ikke er tilfældige. "Hvis solen spillede os et puds her, så ville det være med utrolig perfektion. Eller, faktisk, vi har en første anelse om et komplet billede af de korte og lange solaktivitetscyklusser." de nuværende resultater bekræfter også med tilbagevirkende kraft, at den 11-årige cyklus skal være en tidsbestemt proces. Ellers, forekomsten af ​​en beatperiode ville være matematisk umulig.

Tipper ind i kaos:1000-2000-årige kollaps er ikke mere præcist forudsigelige

Ud over de ret kortere aktivitetscyklusser, solen udviser også langsigtede trends i tusindårsrækken. Disse er karakteriseret ved langvarige fald i aktivitet, kendt som "minima", såsom den seneste "Maunder Minimum", som fandt sted mellem 1645 og 1715 under "den lille istid". Ved statistisk at analysere de observerede minima, forskerne kunne vise, at det ikke er cykliske processer, men at deres forekomst med intervaller på cirka et til to tusinde år følger en matematisk tilfældig proces.

For at verificere dette i en model, forskerne udvidede deres soldynamo-simuleringer til en længere periode på 30, 000 år. Faktisk, ud over de kortere cyklusser, der var uregelmæssige, pludselige fald i magnetisk aktivitet hvert 1000 til 2000 år. "Vi ser i vores simuleringer, hvordan en nord-syd asymmetri dannes, som til sidst bliver for stærk og går ud af sync, indtil alt kollapser. Systemet tipper ud i kaos og tager derefter et stykke tid at komme tilbage i synkronisering igen, " siger Stefani. Men dette resultat betyder også, at meget langsigtede solaktivitetsprognoser - f.eks. at bestemme indflydelse på klimaudviklingen — er næsten umulige.