Солнечное динамо

Солнечное динамо – это физический процесс, который генерирует Солнца магнитное поле . Это объясняется вариантом теории динамо . Естественный электрический генератор внутри Солнца производит электрические токи и магнитное поле, следуя законам Ампера , Фарадея и Ома , а также законам гидродинамики , которые вместе образуют законы магнитогидродинамики . Подробный механизм солнечного динамо неизвестен и является предметом текущих исследований. ^{[ 1 ]}

Механизм

Динамо -машина преобразует кинетическую энергию в электрическую-магнитную энергию. Электропроводящая . жидкость со сдвигом или более сложным движением , таким как турбулентность, может временно усиливать магнитное поле согласно закону Ленца : движение жидкости относительно магнитного поля индуцирует в жидкости электрические токи, которые искажают исходное поле Если движение жидкости достаточно сложное, оно может поддерживать собственное магнитное поле, при этом адвективное усиление жидкости по существу уравновешивает диффузионный или омический распад. Такие системы называются самоподдерживающимися динамо-машинами . Солнце представляет собой самоподдерживающуюся динамо-машину, которая преобразует конвективное движение и дифференциальное вращение внутри Солнца в электрическо-магнитную энергию.

В настоящее время предполагается, что геометрия и ширина тахоклина играют важную роль в моделях солнечного динамо, закручивая более слабое полоидальное поле для создания гораздо более сильного тороидального поля. Однако недавние радионаблюдения за более холодными звездами и коричневыми карликами , которые не имеют радиационного ядра и имеют только конвекционную зону , показали, что они поддерживают крупномасштабные магнитные поля солнечной силы и проявляют активность, подобную солнечной, несмотря на отсутствие тахоклины. Это говорит о том, что только конвекционная зона может быть ответственна за работу солнечного динамо. ^{[ 2 ]}

Солнечный цикл

Наиболее заметное изменение магнитного поля Солнца во времени связано с квазипериодическим 11-летним солнечным циклом , характеризующимся увеличением и уменьшением количества и размера солнечных пятен . ^{[ 3 ]}^{[ 4 ]} Солнца Солнечные пятна видны как темные пятна на фотосфере и соответствуют концентрации магнитного поля. При типичном солнечном минимуме солнечных пятен видно мало или совсем нет. Те, что действительно появляются, находятся в высоких солнечных широтах. По мере того, как солнечный цикл приближается к своему максимуму , солнечные пятна имеют тенденцию формироваться ближе к солнечному экватору, следуя закону Шперера .

11-летний цикл солнечных пятен представляет собой половину 22-летнего цикла солнечного динамо Бэбкока – Лейтона, который соответствует колебательному обмену энергией между тороидальными и полоидальными солнечными магнитными полями. В максимуме солнечного цикла внешнее полоидальное диполярное магнитное поле близко к минимальной силе динамо-цикла, но внутреннее тороидальное квадрупольное поле, генерируемое за счет дифференциального вращения внутри тахоклина , близко к максимальной силе. В этот момент динамо-цикла плавучий апвеллинг в зоне конвекции вызывает появление тороидального магнитного поля через фотосферу, вызывая появление пар солнечных пятен, примерно выровненных с востока на запад с противоположными магнитными полярностями. Магнитная полярность пар солнечных пятен меняется каждый солнечный цикл — явление, известное как цикл Хейла. ^{[ 5 ]}^{[ 6 ]}

Во время фазы спада солнечного цикла энергия смещается от внутреннего тороидального магнитного поля к внешнему полоидальному полю, и количество солнечных пятен уменьшается. В солнечном минимуме тороидальное поле соответственно имеет минимальную напряженность, солнечные пятна относительно редки, а полоидальное поле имеет максимальную напряженность. Во время следующего цикла дифференциальное вращение преобразует магнитную энергию обратно из полоидального поля в тороидальное с полярностью, противоположной предыдущему циклу. Этот процесс продолжается непрерывно, и в идеализированном, упрощенном сценарии каждый 11-летний цикл солнечных пятен соответствует изменению полярности крупномасштабного магнитного поля Солнца. ^{[ 6 ]}^{[ 7 ]}^{[ 8 ]} Длительные минимумы солнечной активности могут быть связаны с взаимодействием двойных динамо-волн магнитного поля Солнца, вызванным эффектом биения интерференции волн. ^{[ 9 ]}

См. также

Ссылки

^ Тобиас, С.М. (2002). «Солнечное динамо» . Философские труды Королевского общества А. 360 (1801): 2741–2756. Бибкод : 2002RSPTA.360.2741T . дои : 10.1098/rsta.2002.1090 . ПМИД 12626264 . S2CID 6473234 .
^ Рут, Мэтью (20 октября 2016 г.). «Открытие циклов солнечной активности за пределами конца главной последовательности?» . Письма астрофизического журнала . 830 (2): 27. arXiv : 1609.07761 . Бибкод : 2016ApJ...830L..27R . дои : 10.3847/2041-8205/830/2/L27 . S2CID 119111063 .
^ Шарбонно, П. (2014). «Теория солнечного динамо» . Ежегодный обзор астрономии и астрофизики . 52 : 251–290. Бибкод : 2014ARA&A..52..251C . doi : 10.1146/annurev-astro-081913-040012 .
^ Зиркер, Дж. Б. (2002). Путешествие из центра Солнца . Издательство Принстонского университета . стр. 119–120 . ISBN 978-0-691-05781-1 .
^ Хейл, GE; Эллерман, Ф.; Николсон, С.Б.; Джой, АХ (1919). «Магнитная полярность солнечных пятен» . Астрофизический журнал . 49 : 153. Бибкод : 1919ApJ....49..153H . дои : 10.1086/142452 .
^ Jump up to: ^а ^б «Спутники НАСА зафиксировали начало нового солнечного цикла» . ФизОрг . 4 января 2008 года . Проверено 10 июля 2009 г.
^ «Солнце меняет магнитное поле» . CNN . 16 февраля 2001 г. Архивировано из оригинала 11 августа 2013 г. Проверено 11 июля 2009 г.
^ Филлипс, Т. (15 февраля 2001 г.). «Солнце делает переворот» . НАСА . Архивировано из оригинала 1 апреля 2022 года . Проверено 11 июля 2009 г.
^ Жаркова В.В.; Шеперд, С.Дж.; Попова Е.; Жарков С.И. (29 октября 2015 г.). «Сердцебиение Солнца на основе анализа главных компонентов и прогноз солнечной активности в масштабе тысячелетия» . Научные отчеты . 5 : 15689. Бибкод : 2015NatSR...515689Z . дои : 10.1038/srep15689 . ПМЦ 4625153 . ПМИД 26511513 .

[1] Тобиас, С.М. (2002). «Солнечное динамо» . Философские труды Королевского общества А. 360 (1801): 2741–2756. Бибкод : 2002RSPTA.360.2741T . дои : 10.1098/rsta.2002.1090 . ПМИД 12626264 . S2CID 6473234 .

[2] Рут, Мэтью (20 октября 2016 г.). «Открытие циклов солнечной активности за пределами конца главной последовательности?» . Письма астрофизического журнала . 830 (2): 27. arXiv : 1609.07761 . Бибкод : 2016ApJ...830L..27R . дои : 10.3847/2041-8205/830/2/L27 . S2CID 119111063 .

[doi10.1146/annurev-astro-081913-040012-3] Шарбонно, П. (2014). «Теория солнечного динамо» . Ежегодный обзор астрономии и астрофизики . 52 : 251–290. Бибкод : 2014ARA&A..52..251C . doi : 10.1146/annurev-astro-081913-040012 .

[Zirker2002-119-4] Зиркер, Дж. Б. (2002). Путешествие из центра Солнца . Издательство Принстонского университета . стр. 119–120 . ISBN 978-0-691-05781-1 .

[5] Хейл, GE; Эллерман, Ф.; Николсон, С.Б.; Джой, АХ (1919). «Магнитная полярность солнечных пятен» . Астрофизический журнал . 49 : 153. Бибкод : 1919ApJ....49..153H . дои : 10.1086/142452 .

[solarcycle-6] Jump up to: ^а ^б «Спутники НАСА зафиксировали начало нового солнечного цикла» . ФизОрг . 4 января 2008 года . Проверено 10 июля 2009 г.

[7] «Солнце меняет магнитное поле» . CNN . 16 февраля 2001 г. Архивировано из оригинала 11 августа 2013 г. Проверено 11 июля 2009 г.

[8] Филлипс, Т. (15 февраля 2001 г.). «Солнце делает переворот» . НАСА . Архивировано из оригинала 1 апреля 2022 года . Проверено 11 июля 2009 г.

[9] Жаркова В.В.; Шеперд, С.Дж.; Попова Е.; Жарков С.И. (29 октября 2015 г.). «Сердцебиение Солнца на основе анализа главных компонентов и прогноз солнечной активности в масштабе тысячелетия» . Научные отчеты . 5 : 15689. Бибкод : 2015NatSR...515689Z . дои : 10.1038/srep15689 . ПМЦ 4625153 . ПМИД 26511513 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]