آنها ممکن است غول‌ها باشند، خورشید توده‌ای از گاز درخشان است که بیشتر از پلاسمای هیدروژن ساخته شده است. و قطب های آنها کندتر از استوا حرکت می کنند: استوا هر 24.5 روز یک بار می چرخد، در حالی که مناطق قطبی هر 35 روز یکبار می چرخند.
محققان با استفاده از جریان پلاسما در لایه‌های بیرونی خورشید، این پدیده را که به چرخش دیفرانسیل معروف است، اندازه‌گیری کرده‌اند، اما درک نظری از علت آن وجود ندارد.
لورن گیزون، فیزیکدان خورشیدی در موسسه تحقیقاتی ماکس پلانک برای تحقیقات منظومه شمسی در گوتینگن، می گوید: «ما به طور کامل چرخش دیفرانسیل را درک نمی کنیم و مدل های عددی قادر به بازتولید آن از ابتدا نیستند.
در ابتدا، محققان به طور منطقی فرض می‌کردند که قطب‌ها سریع‌تر از خط استوا می‌چرخند، شبیه به این که یک اسکیت باز وقتی دست‌هایش را حلقه می‌کند، سریع‌تر می‌چرخد. اما چرخش خورشید دقیقا برعکس است. مدل‌های پیشرفته‌تر دینامیک سیالات می‌توانند چرخش سریع‌تر در استوا را توضیح دهند، اما تفاوت بیشتری در سرعت بین قطب‌ها و استوا نسبت به تجربه خورشید پیش‌بینی می‌کنند.
گیزون و همکارانش توضیح احتمالی را پیشنهاد کرده‌اند: امواج مارپیچی نسبتا کند متمرکز در عرض‌های جغرافیایی بالا که گرما را از قطب‌ها به استوا منتقل می‌کنند. طبق مدل نظری آنها، این حالت‌های به اصطلاح اینرسی شرایط را در ناحیه همرفت، ناحیه مستقیم زیر سطح خورشید، برابر می‌کنند، که به نوبه خود تفاوت سرعت چرخش در سراسر خورشید را برابر می‌کند. محققان تجزیه و تحلیل خود را در پیشرفت های علمی.
در زیر سطح
یک دلیل مهم برای مطالعه چرخش دیفرانسیل، اتصال آن به دینام خورشیدی است، که چرخه 11 ساله درهم تنیدگی مغناطیسی را که زمینه فعالیت لکه های خورشیدی و طوفان های خورشیدی است، کنترل می کند.
مارک میش، فیزیکدان خورشیدی در دانشگاه کلرادو بولدر که در این پروژه مشارکت نداشت، گفت: «حدود 98 درصد از فیزیکدانان خورشیدی متخصصان پوست هستند که پوست خورشید را مطالعه می کنند.
برای درک چرخش دیفرانسیل، باید فضای داخلی خورشید را بررسی کرد. این را می توان با استفاده از هلیوسیسمولوژی – مشاهده و مدل سازی امواج صوتی در حال حرکت در منطقه همرفت انجام داد. این نوسانات بینشی را در مورد ساختار درونی ستاره ما فراهم می‌کنند، درست مانند زلزله‌های روی زمین، و می‌توان با استفاده از رصدخانه‌های زمینی مانند گروه شبکه جهانی نوسانات (GONG) یا فضاپیماهایی مانند رصدخانه دینامیک خورشیدی ناسا (SDO) نقشه‌برداری کرد.
بسیار مهم است که یک پنجره مشاهده طولانی‌تر برای دیدن آن داشته باشید [inertial modes] تا جائی که امکان داشته باشد.”
گیزون و همکارانش از داده‌های این رصدخانه‌ها استفاده کردند تا نگاهی تازه به مشکل چرخش دیفرانسیل بیندازند. داده‌های آنها از سال‌های 2017 تا 2021، زمانی که فعالیت مغناطیسی خورشید نزدیک به پایین‌ترین سطح خود بود، را در بر می‌گیرد و عوارضی را که میدان‌های مغناطیسی خورشید برای تلاش‌های مدل‌سازی ایجاد می‌کنند، کاهش می‌دهد. در نظر گرفتن دوره‌های زمانی طولانی‌تر از دوره‌هایی که معمولاً در هلیوزیسم‌شناسی مورد مطالعه قرار می‌گیرند، به آنها اجازه می‌دهد حالت‌های اینرسی را از هر گونه اثرات مغناطیسی جدا کنند.
امواج آهسته در مدل آنها با سرعتی بین 1.1 تا 3.8 متر در ثانیه (2.5 تا 8.5 مایل در ساعت) می چرخند – قابل مقایسه با سرعت انسان در راه رفتن یا دویدن و بسیار ضعیف تر از امواج صوتی چشمگیر که بر داده های هلیوزیسمی غالب هستند.
در عرض‌های جغرافیایی بالا، حالت‌های اینرسی مارپیچ‌های پلاسما را تشکیل می‌دهند که «بازوها» آنها در جهت چرخش خم می‌شوند. برای مدل‌سازی همه این‌ها نیاز به یک عملیات ریاضی سه‌بعدی برای ترکیب رفتار ناحیه همرفت و همچنین جریان‌های عرضی و نصف النهاری است.
بسیار مهم است که یک پنجره مشاهده طولانی‌تر برای دیدن آن داشته باشید [inertial modes] تا زمانی که ممکن است،» گیزون گفت که این امواج صوتی از نظر مکانی نیز دارای طول موج بسیار زیادی هستند که شناسایی آنها را دشوارتر می کند. ما به چندین سال داده نیاز داریم تا مشخص کنیم که با یک حالت نوسان جهانی سروکار داریم.
هفت درجه جدایی
برای گیزون و همکارانش، ماهیت پیچ خورده حالت‌های اینرسی نشانه‌ای از یک ناپایداری زیربنایی در پلاسما بود، مشابه ناپایداری‌های جوی مانند گردابه‌های قطبی روی زمین که الگوهای آب و هوا را تعیین می‌کنند.
مدل آنها حالت‌های اینرسی را بازتولید می‌کند و نشان می‌دهد که چگونه پلاسما را از قطب‌های داغ‌تر به استوای خنک‌تر هدایت می‌کنند. این عمل دمای درون ناحیه همرفت را برابر می‌کند و پیش‌بینی می‌کند که نوسان دمای کل نمی‌تواند از ۷ کلوین تجاوز کند (که در مقایسه با دمای پس‌زمینه حدود ۲ میلیون کلوین ناچیز است). این شار پلاسما اضافی مشخصات دمای داخلی خورشید را تغییر می دهد و منجر به چرخش دیفرانسیل مشاهده شده می شود.
“من فکر می کنم این ایده که ناپایداری ها می توانند گرادیان دما را محدود کنند خوب و جدید است.”
میش گفت: “من فکر می کنم این ایده که ناپایداری ها می توانند گرادیان دما را محدود کنند، خوب و جدید است.”
با این حال، نسخه فعلی این نظریه میدان های مغناطیسی را در نظر نمی گیرد، که میش را نگران می کند. از برخی جهات، مدل فعلی کار می کند به خوب، او گفت، به لطف انتخاب نویسندگان پارامترها. اگر افزودن میدان‌های مغناطیسی به مدل، گرادیان دما و چرخش دیفرانسیل را از بین ببرد، پارامترسازی را زیر سؤال میبرد و این نگرانی را ایجاد می‌کند که مدل به راحتی قابل تنظیم باشد تا دوباره کار کند.
در حالی که این مشکل لزوماً به معنای اشتباه بودن نظریه نیست، اما به این معنی است که با در نظر گرفتن پیچیدگی کامل خورشید، احتمالاً برای مقایسه نتایج با مشاهدات، کار بیشتری لازم است. به طور خاص، Gizon مشتاقانه منتظر نسل بعدی فضاپیمای هلیوسیسمولوژی است که می تواند مناطق خورشیدی در ارتفاع بالا را با جزئیات بیشتری مطالعه کند.
او گفت: «ما باید حالت‌های اینرسی را درک کنیم تا بفهمیم به چه چیزی حساس هستند. سپس ما باید اندازه‌گیری‌ها را به مدل‌ها مرتبط کنیم.»
– متیو آر. فرانسیس (@DrMRFrancis)، نویسنده علم
نقل قول: فرانسیس، ام آر (2024)، امواج مارپیچی می توانند چرخش گیج کننده خورشید را توضیح دهند، Eos، 105، https://doi.org/10.1029/2024EO240231. منتشر شده در 29 می 2024.
متن © 2024. AGU. CC BY-NC-ND 3.0
در غیر این صورت، تصاویر مشمول حق چاپ هستند. هرگونه استفاده بیشتر بدون اجازه صریح صاحب حق چاپ ممنوع است.
مربوط
