Солнечный динамо-механизм, который отвечает за появление пятен, вспышек и выбросов плазмы, скрывается на глубине 200 тысяч километров под видимой поверхностью светила. Это расстояние сопоставимо с 16 диаметрам нашей планеты, сложенным вместе.
Где прячется магнитное сердце звезды
Исследователи из Технологического института Нью-Джерси Кришненду Мандал и Александр Косович заявили, что им удалось найти прямое подтверждение того, где именно рождается магнитное поле солнца. Оно возникает не у самой поверхности и не в самом центре, а на границе между двумя внутренними слоями.
Для справки: у нашей планеты магнитное динамо расположено во внешнем ядре, где расплавленное железо создает электрические токи. У солнца все устроено иначе. Его ядро — это ядерная печь, где атомы разрываются на части. Дальше идет зона лучистого переноса, где энергия путешествует в виде фотонов. Там магнитное поле возникнуть не может. А вот в наружной трети звезды, в так называемой конвективной зоне, вещество постоянно перемешивается. Ученые долго спорили, охватывает ли динамо всю эту зону или же сконцентрировано в тонком слое ближе к поверхности. Самая популярная гипотеза указывала на границу между конвективной зоной и внутренней лучистой. Эту границу называют тахоклином.
Как заглянули внутрь звезды
Мандал и Косович использовали данные, которые копились почти 30 лет. Они взяли наблюдения с прибора Michelson Doppler Imager на борту совместного аппарата NASA и ESA SOHO, запущенного еще в 1995 году. Плюс подключили наземную сеть Global Oscillation Network Group, которая заработала в том же году и состоит из шести телескопов по всему миру. Обе системы до сих пор в строю. Каждые 45-60 секунд они фиксируют, как меняется рисунок колебаний, проходящих сквозь фотосферу — видимую поверхность солнца.
Эти колебания напрямую зависят от того, что творится в недрах звезды. Потоки плазмы, их температура и движение влияют на то, с какой амплитудой и частотой волны вырываются наружу. Ученые выяснили, что вращающиеся полосы плазмы внутри солнца складываются в узор, который напоминает бабочку. И этот узор идеально совпадает с тем, как меняется расположение солнечных пятен во время 11-летнего цикла активности.
По словам Мандала, который цитируется в сообщении, раньше они только подозревали, что тахоклин играет ключевую роль в работе солнечного динамо. Но теперь у них на руках четкие наблюдательные доказательства. Он добавил, что до этого момента просто не хватало данных из недр звезды, чтобы утверждать это с уверенностью. Сейчас же, имея в распоряжении наблюдения почти за три полных 11-летних цикла, исследователи наконец видят, как вырисовываются закономерности.
Как это работает и зачем это знать
Измерения показали, что тот самый узор в виде бабочки берет начало на глубине 200 тысяч километров, прямо в тахоклине. На этой глубине плазма вращается иначе, чем в вышележащих слоях. Там возникают мощные сдвиговые течения, которые и генерируют электрические токи, создающие магнитное поле.
Мандал пояснил, что вращающиеся полосы, которые рождаются из-за изменений магнитной структуры в районе тахоклина, могут добираться до поверхности несколько лет. Отслеживая эти внутренние процессы, можно получить ясную картину того, как разворачивается солнечный цикл.
Понимание механизмов рождения магнитного поля важно не только с научной точки зрения. В активных областях на поверхности, которые мы видим как пятна, рождаются вспышки и корональные выбросы массы. Это самое настоящее космическое непогода. Заряженные частицы, выброшенные солнцем, долетают до Земли и способны вывести из строя спутники, нарушить связь, повредить энергосети и создать опасность для космонавтов.
Мандал отметил, что пока их работа не позволяет давать точные прогнозы на будущие циклы, но она четко показывает: тахоклин обязательно нужно включать в модели прогнозирования космической погоды. Сейчас многие симуляции учитывают только процессы в поверхностных слоях, однако результаты говорят, что необходимо рассматривать всю конвективную зону целиком, и особенно ее нижнюю границу.
Кроме того, эти выводы помогут лучше понять магнитную активность и на других звездах. Солнце остается единственной звездой, которую мы можем изучать так подробно, и оно служит ориентиром для всей звездной астрофизики. Исследование опубликовано в журнале Scientific Reports.
