Наша эксцентричная звезда долго удивляла ученых, но наконец они нашли объяснение ее поведению.
- Вопреки законам механики жидкостей, огромный огненный шар в нашем небе очень эксцентрично себя ведет, говорят ученые — на разных широтах его поверхность вращается с разной скоростью, что прямо противоречит Теореме Тейлора-Праудмена. По ней скорость жидкости должна быть одинаковой вдоль любой линии, параллельной оси вращения.
- Однако, на нашем светиле это так не работает: как показывает гелиосейсмология, полный оборот поверхности на экваторе занимает на 10 земных дней меньше, чем на полюсах — 24 и 34 дня соответственно. Ученые дали этому явлению название — дифференциальное вращение, но озадачивать оно их не перестало.
- Более того, новые исследования только усугубляли ситуацию, добавляя загадок: оказалось, что это явление не ограничивается верхними слоями, в недрах Солнца на глубине до 200 тысяч километров происходит то же самое, затрагивая всю зону солнечной конвекции.
- Наконец, команда астрофизиков, специализирующихся на Солнце, из Института исследований Солнечной системы Макса Планка (Германия) предложила ключ к разгадке. По мнению ученых, разница во вращении контролируется колебаниями звуковых волн в зоне конвекции, которые возникают во время вспышек и выбросов плазмы.
Это акустическое «сопровождение» становится постоянным и его даже можно наблюдать на поверхности в виде вихрей вокруг полюсов. Исследование с результатами моделирования опубликовано в Science Advances.
Ученые, исследующие Солнце, знают, что наше светило постоянно «гудит» — с помощью современной аппаратуры, в том числе со спутников, были зафиксированы миллионы мод (частот) акустических колебаний в фотосфере звезды. Было известно, что они нарастают и спадают периодами примерно в 5 минут.
Также несколько лет назад был обнаружен другой тип акустических колебаний с гораздо более долгим периодом в 27 дней. Ученые предположили, что эти звуковые волны с глобальным режимом колебаний, пробегающие по Солнцу, каким-то образом зависят от дифференциального вращения.
Команда астрофизика Юто Бекки тщательно рассмотрела эту гипотезу — они провели трехмерное численное моделирование, исследуя эффекты колебаний. И обнаружили, что связь здесь обоюдная — эти гигантские звуковые волны тоже глубоко влияют на дифферинциальное вращение.
- Как оказалось, моды акустических колебаний в высоких широтах Солнца огибают полюса и «гонят» тепло от них к экватору. Такой перенос от более горячих полюсов в экваториальную область ограничивает возможную разницу температур между этими двумя широтами — она не может быть больше 7 Кельвинов (7 градусов Цельсия). Разница для шара раскаленной плазмы откровенно незначительная, говорят эксперты. Но именно этот температурный диапазон в итоге управляет дифференциальным вращением.
«Эта очень небольшая разница температур между полюсами и экватором управляет балансом угловых моментов на Солнце и, таким образом, является важным механизмом обратной связи для глобальной динамики Солнца», — объясняет Лоран Гизон, директор Института исследований Солнечной системы Макса Планка.
Авторы сравнивают эти процессы на Солнце с тем, как атмосферные нестабильности на Земле могут провоцировать гигантские циклонические штормы. Связь между этими явлениями может помочь до конца понять феномен нашей звезды и разгадать еще одну ее загадку. Эксперты считают, что подобная картина может наблюдаться и на других звездах, похожих на наше Солнце.