8.5K
Приливные силы Венеры, Земли и Юпитера оказывают значительное влияние на магнитное поле Солнца, тем самым управляя его 11-летним циклом активности, а также на поведение плазмы в переходном слое нашей звезды, заявляют ученые в исследовании, представленном в журнале Solar Physics.
«Существует удивительно высокий уровень согласованности: мы видим полный параллелизм с планетами в течение 90 циклов. Все указывает на синхронизированный процесс», – рассказывает Фрэнк Стефани, ведущий автор исследования из Института гидродинамики при научно-исследовательском Центре им. Гельмгольца Дрезден-Россендорф (Германия).
Одним из самых больших вопросов физики Солнца является его регулярный 11-летний цикл. Он характеризуется довольно быстрым увеличением числа солнечных пятен, а также иными проявлениями активности и последующим, более медленным его спадом. В ходе цикла наблюдаются и другие периодические изменения, например – постепенное сдвижение зоны образования солнечных пятен к экватору.
В принципе, магнитная деятельность звезд, подобных нашей, нередко подвергается циклическим колебаниям, и все же предыдущие модели не могли точно объяснить очень строгий цикл Солнца.
С целью решить этот многолетний вопрос команда физиков провела сравнение исторических наблюдений солнечной активности за последнюю тысячу лет с положением планет, статистически доказав, что их приливные силы действуют как внешние часы и являются решающим фактором, стоящим за устойчивым ритмом Солнца.
Как и в случае с гравитационным притяжением Луны, вызывающим приливы на Земле, планеты способны влиять на горячую плазму на поверхности Солнца. При этом приливные силы достигают максимума при точном выравнивании Венеры, Земли и Юпитера, которое происходит каждые 11,07 года.
Но эффект слишком слабый, чтобы существенно возмущать поток в недрах Солнца, поэтому этим совпадением долго пренебрегали. Тем не менее, исследователи нашли доказательства потенциального косвенного механизма, который может влиять на солнечное магнитное поле посредством приливных сил: колебания в тейлоровской неустойчивости, физическом эффекте, который возникает, когда сильное магнитное поле проходит через проводящий слой или плазму. Основываясь на этой концепции, ученые разработали модель, раскрывающую реалистичный сценарий.
Небольшое воздействие с серьезными последствиями
В горячей плазме Солнца неустойчивость Тейлора возмущает поток и магнитное поле, при этом сама очень чувствительно реагируя на крошечные силы. Небольшого импульса достаточно для того, чтобы возмущения начали колебаться между правосторонним и левосторонним винтом. Толчок, необходимый для запуска этого процесса, может создаваться планетарными приливными силами каждые одиннадцать лет, что в конечном итоге также устанавливает ритм, при котором магнитное поле меняет полярность Солнца.
«Когда я впервые прочитал об идеях, связывающих солнечное динамо с планетами, я был очень скептичен. Но когда мы обнаружили в наших компьютерных симуляциях управляемую нестабильность Тейлора, испытывающую колебания спиральности, я спросил себя: что произойдет, если на плазму будет воздействовать небольшое возмущение, подобное приливу? Результат был феноменальным. Колебания оказались действительно синхронизированы с моментом внешнего возмущения», – вспоминает Фрэнк Стефани.
Солнечное динамо и планеты
В стандартном сценарии вращение Солнца и сложное движение солнечной плазмы создают циклически изменяющееся магнитное поле. Здесь взаимодействуют два эффекта:
- омега-эффект: плазма вращается на солнечном экваторе быстрее, чем на полюсах, это приводит к тому, что запертые в ней линии магнитного поля растягиваются вокруг Солнца и преобразуют магнитное поле в выровненное почти параллельно солнечному экватору;
- альфа-эффект описывает механизм, который скручивает линии магнитного поля, заставляя его возвращаться в направлении север-юг.
Однако, что именно вызывает альфа-эффект, является предметом спора. Разработанная Фрэнком Стефани и его коллегами модель показывает, что тейлоровская нестабильность частично ответственна за это. Физики считают наиболее вероятным сценарий, в котором классическое солнечное динамо сочетается с модуляциями, порождаемыми планетами.
«В таком случае Солнце становится совершенно обычной старой звездой, чей динамо-цикл синхронизирован с приливами. Самое замечательное в нашей новой модели это то, что теперь мы можем легко объяснить эффекты, которые ранее было трудно смоделировать, такие как «ложные» спирали, наблюдаемые на солнечных пятнах, или хорошо известный двойной пик на кривой активности Солнца», – заключил Фрэнк Стефани.
В долгосрочной перспективе более точная модель поможет ученым количественно оценить связанные с климатом факторы, такие как космическая погода. Расчеты работы также означают, что, помимо приливных сил, в теорию солнечного динамо должны быть интегрированы иные, до сих пор пренебрегаемые механизмы со слабыми силами, которые, как известно теперь, могут оказать существенное влияние.