Российские ученые получили новые данные об асимметрии магнитных полей Солнца

Статья опубликована в журнале Solar Physics. Магнитное поле Солнца играет огромное влияние на человека: предсказание магнитных бурь важно для авиации, для защиты наземных технических систем, при полетах человека в космос и во время запусков научных и коммерческих спутников. Механизмы генерации магнитного поля Солнца до сих пор не являются до конца изученными в силу сложности процессов, происходящих внутри звезды и невозможности проведения прямых измерений.

Возникновение магнитного поля Солнца объясняется действием механизма динамо в зоне конвекции Солнца, где перенос энергии из внутренних районов во внешние происходит путем активного перемешивания вещества. Зона конвекции составляет чуть меньше трети солнечного радиуса и расположена у поверхности Солнца, как схематично показано на рисунке 1.

Над зоной конвекции находится солнечная корона, которую можно наблюдать во время солнечного затмения. Теория динамо — один из способов объяснения 11-летних циклов солнечной магнитной активности, которые наблюдаются по изменениям количества и положения пятен на Солнце. Крупномасштабное меридиональное течение в конвективной зоне влияет на работу механизма динамо.

Меридиональный поток (глобальное движение внутри Солнца) можно представить себе в виде двух гигантских циркуляционных ячеек, в которых происходит вращение вещества, по одной в каждом полушарии. Вблизи поверхности Солнца движение направлено от экватора к полюсам, а в глубине зоны конвекции, наоборот, потоки плазмы возвращаются обратно к экватору.

Как показывают исследования, на самом деле, меридиональный поток устроен намного сложнее — в частности, единое движение может складываться из ячеек меньшего размера, наподобие системы связанных шестеренок.

Для описания системы таких связанных между собой ячеек в физике Солнца в данной работе применяется модель Курамото, названная в честь японского ученого Йошики Курамото. Классическая модель описывает синхронизацию колебаний систем, состоящих из нескольких связанных ячеек: в каких условиях они могут рассматриваться как единое целое, а в каких  — распадаются на независимые и не связанные друг с другом движения.

Ранее авторы статьи уже изучали крупномасштабную эволюцию меридиональных потоков в северном и южном полушарии Солнца при помощи системы двух связанных ячеек. В этой работе рассмотрена уже система из четырех ячеек, которая более достоверно отражает сложную структуру меридионального потока Солнца.

Таким образом ученым удалось описать изменения интенсивности циркуляции плазмы в Солнце на различных широтах. Авторы смогли связать асимметрию магнитных полей, наблюдавшаяся в солнечных циклах 19-20 и 23-24, с асимметрией меридиональных потоков в северном и южном полушариях. 

Фактически предполагалось, что каждая из ячеек  может быть связана только с одной другой ячейкой. Таким образом, система из четырех ячеек  может представлять собой или структуру в виде цепи, или в виде кольца, как показано на рисунке 2. Решение уравнений Курамото и изучение параметров колебаний каждой  из ячеек позволило определить, при каких условиях они действительно находятся в синхронизированном состоянии и участвуют в крупномасштабных переносах потоков плазмы как единое целое.

Исследование показывает, что асимметрия между меридиональными колебаниями в северном и южном полушариях Солнца проявляется на протяжении длительных промежутков времени и может быть связана с аномалиями магнитного поля светила. По мнению ученых, в модели солнечного динамо роль меридионального потока в возникновении аномальной солнечной активности в настоящее время изучена недостаточно, и их пристальному изучению необходимо уделить больше внимания в будущих исследованиях. 

НИУ ВШЭ

394 статей

Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики» — один из крупнейших и самых востребованных вузов России. В университете учится 54 тысячи студентов и работает почти 4,5 тысячи учёных и преподавателей. НИУ ВШЭ ведёт фундаментальные и прикладные исследования в области социально-экономических, гуманитарных, юридических, инженерных, компьютерных, физико-математических наук, а также креативных индустрий. В университете действуют 47 центров превосходства, или международных лабораторий. Вышка объединяет ведущих мировых исследователей в области изучения мозга, нейротехнологий, биоинформатики и искусственного интеллекта. Университет входит в первую группу программы «Приоритет-2030» в направлении «Исследовательское лидерство». Кампусы НИУ ВШЭ расположены в четырех городах — Москве, Санкт-Петербурге, Нижнем Новгороде и Перми, а также в цифровом пространстве — «Вышка Онлайн».

Показать больше