Langtidssvingninger styrer solens differentielle rotation:Undersøgelse

Solens differentielle rotationsmønster har undret videnskabsmænd i årtier:Mens polerne roterer med en periode på cirka 34 dage, roterer mellembreddegrader hurtigere, og ækvatorialområdet kræver kun cirka 24 dage for en fuld rotation.

Derudover har fremskridt inden for helioseismologi (dvs. at sondere solens indre ved hjælp af akustiske solbølger) fastslået, at denne rotationsprofil er næsten konstant gennem hele konvektionszonen. Dette lag af solen strækker sig fra en dybde på cirka 200.000 kilometer til den synlige soloverflade og er hjemsted for voldsomme omvæltninger af varmt plasma, som spiller en afgørende rolle i at drive solens magnetisme og aktivitet.

Mens teoretiske modeller længe har postuleret en lille temperaturforskel mellem solpoler og ækvator for at opretholde solens rotationsmønster, har det vist sig notorisk svært at måle. Observationer skal jo "se igennem" baggrunden af ​​solens dybe indre, som måler op til en million grader i temperatur. Men som forskere fra Max Planck Institute for Solar System Research (MPS) viser, er det nu muligt at bestemme temperaturforskellen ud fra observationerne af solens langtidssvingninger.

Værket er publiceret i tidsskriftet Science Advances .

I deres analyse af observationsdata opnået af Helioseismic and Magnetic Imager (HMI) ombord på NASAs Solar Dynamics Observatory fra 2017 til 2021, vendte forskerne sig til globale solsvingninger med lange perioder, der kan skelnes som hvirvlende bevægelser på soloverfladen. Forskere fra MPS rapporterede deres opdagelse af disse inertioscillationer for tre år siden. Blandt disse observerede tilstande viste højbreddetilstande med hastigheder på op til 70 km i timen sig at være særligt indflydelsesrige.

For at studere den ikke-lineære karakter af disse svingninger på høj breddegrad gennemførte holdet et sæt tredimensionelle numeriske simuleringer. I deres simuleringer fører svingningerne på høje breddegrader varme fra solpolerne til ækvator, hvilket begrænser temperaturforskellen mellem solens poler og ækvator til mindre end syv grader.

"Denne meget lille temperaturforskel mellem polerne og ækvator styrer vinkelmomentbalancen i solen og er således en vigtig feedbackmekanisme for solens globale dynamik," siger MPS-direktør prof. Dr. Laurent Gizon.

I deres simuleringer beskrev forskerne for første gang de afgørende processer i en fuldt ud tredimensionel model. Tidligere bestræbelser havde været begrænset til todimensionelle tilgange, der antog symmetrien om solens rotationsakse.

"At matche de ikke-lineære simuleringer med observationerne gjorde det muligt for os at forstå fysikken i de langvarige oscillationer og deres rolle i at kontrollere solens differentielle rotation," siger MPS postdoc og hovedforfatter af undersøgelsen Dr. Yuto Bekki.

Solens højbreddegradssvingninger drives af en temperaturgradient på samme måde som ekstratropiske cykloner på Jorden. Fysikken ligner hinanden, selvom detaljerne er forskellige:"I solen er solpolen omkring syv grader varmere end ækvator, og det er nok til at drive strømme på omkring 70 kilometer i timen over en stor del af solen. Processen er ligner lidt cyklonkørsel," siger MPS-forsker Dr. Robert Cameron.

Det er svært at undersøge fysikken i solens dybe indre. Denne undersøgelse er vigtig, da den viser, at solens langvarige svingninger ikke kun er nyttige sonder i solens indre, men at de spiller en aktiv rolle i den måde, solen fungerer på. Fremtidigt arbejde vil være rettet mod bedre at forstå rollen af ​​disse svingninger og deres diagnostiske potentiale.

Flere oplysninger: Yuto Bekki et al., Solens differentielle rotation styres af baroklinisk ustabile inertitilstande på høj breddegrad, Science Advances (2024). DOI:10.1126/sciadv.adk5643

Journaloplysninger: Videnskabelige fremskridt

Leveret af Max Planck Society