Нова теорія може пояснити дивне обертання нашого Сонця

Можна очікувати, що кожна широта його поверхні обертатиметься з більш-менш однаковою швидкістю, але ні. Наприклад, якби ви могли стояти на екваторі Сонця, вам знадобилося б приблизно 24 земні дні, щоб зробити повний оберт. Якщо ви стали на будь-який із полюсів, вам знадобиться близько 34 днів, щоб повернутися до початкової орієнтації.

Це відоме як диференціальне обертання, і це довгий час спантеличило вчених.

Це стає ще більш загадковим, оскільки ми досліджуємо все глибше і глибше сонячне нутро. Геліосейсмологічні спостереження показують, що це явище не обмежується верхніми шарами атмосфери – воно поширюється приблизно на 200 000 кілометрів (124 000 миль) через всю зону сонячної конвекції.

Тепер команда під керівництвом сонячного фізика Юто Беккі з Інституту дослідження сонячної системи Макса Планка (MPS) знайшла підказку. Здається, диференціальне обертання стримується довгоперіодичними коливаннями звукових хвиль у зоні конвекції, які можна виявити на поверхні як вихрові рухи навколо полюсів.

Сонце постійно «гуде». Видимий поверхневий шар, відомий як фотосфера, дзижчить мільйонами мод акустичних коливань, що підвищуються та спадають протягом приблизно п’яти хвилин. Ми знали про ці режими деякий час, але лише кілька років тому група дослідників під керівництвом директора MPS Лорана Гізона знайшла новий тип акустичних коливань. Використовуючи дані спостереження за Сонцем за кілька років, вони знайшли режим глобальних коливань з набагато довшим 27-денним періодом.

І ще дещо було. Здавалося, що ці гігантські звукові хвилі, що проходять через Сонце, якимось чином пов’язані з диференціальним обертанням Сонця.

Ще у 2021 році, коли було опубліковано оригінальне відкриття, дослідники вважали, що довгострокові режими коливань покладаються на диференціальне обертання. Але при детальнішому дослідженні Беккі та його колеги виявили, що стосунки складаються в обох напрямках. Диференціальне обертання обривається гігантськими звуковими хвилями.

Щоб дослідити зв’язок між ними, він і його колеги провели тривимірне чисельне моделювання, досліджуючи вплив коливань. Дослідники виявили, що режими у високих широтах – ті, що навколо полюсів – мають глибокий вплив на поведінку Сонця, транспортуючи тепло від полюсів до екваторіального регіону.

Оскільки полюси тепліші за екватор, цей перенос тепла обмежує різницю температур між двома широтними областями. Це означає, що контраст між полюсами та екватором не може перевищувати 7 Кельвінів (7 градусів за Цельсієм, або 12,6 градуса за Фаренгейтом). Хоча ця різниця незначна, якщо говорити про кульку гарячої плазми, яка обертається при тисячах градусів, саме цей температурний діапазон, зрештою, контролює диференціальне обертання.

«Ця дуже мала різниця температур між полюсами та екватором контролює баланс моменту імпульсу Сонця і, таким чином, є важливим механізмом зворотного зв’язку для глобальної динаміки Сонця», — пояснює Гізон.

Хоча процеси дещо відрізняються, вони схожі на те, як атмосферна нестабільність може спричинити гігантські циклонічні шторми на Землі. І хоча ще є велика таємниця, яку потрібно розкрити, зв’язок між процесами може допомогти нам досягти цього. Високоширотні моди коливань відіграють значну роль у керуванні диференціальним обертанням Сонця. І, можливо, така ж динаміка діє на інших зірках.

Сонце — це велика химерна вогняна куля в небі, повна таємниць і загадок. Поступово ми наближаємося до їх вирішення.