研究證實(shí)了行星潮汐力對(duì)太陽活動(dòng)的影響

太陽物理學(xué)中的一個(gè)重要問題是為什么太陽的活動(dòng)遵循11年的常規(guī)周期。來自德國獨(dú)立研究機(jī)構(gòu)Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf(HZDR)的研究人員現(xiàn)在提出了新發(fā)現(xiàn)，表明金星，地球和木星的潮汐力影響太陽磁場，從而控制太陽周期。研究小組在“ 太陽物理學(xué) ”雜志上發(fā)表了他們的發(fā)現(xiàn)。

原則上，像太陽這樣的恒星的磁活動(dòng)經(jīng)歷循環(huán)振蕩并不罕見。然而過去的模型無法充分解釋太陽的規(guī)律周期。HZDR研究小組現(xiàn)已成功證明太陽上的行星潮汐力就像一個(gè)外鐘，是其穩(wěn)定節(jié)奏背后的決定性因素。為了實(shí)現(xiàn)這一結(jié)果，科學(xué)家系統(tǒng)地比較了過去一千年的太陽活動(dòng)與行星星座的歷史觀測，統(tǒng)計(jì)證明這兩種現(xiàn)象是相關(guān)的。“有一個(gè)令人驚訝的高度一致性：我們看到的是在90個(gè)周期內(nèi)與行星完全平行，”該研究的第一作者弗蘭克斯特凡尼說。“一切都指向一個(gè)時(shí)鐘進(jìn)程。”

隨著月球的引力引起地球上的潮汐，行星能夠?qū)岬入x子體置換到太陽表面。當(dāng)最大的金星 - 地球 - 木星對(duì)齊時(shí)，潮汐力最強(qiáng); 每11。07年發(fā)生一次的星座。但是效果太弱而不能顯著擾亂太陽內(nèi)部的流動(dòng)，這就是為什么時(shí)間重合被長期忽視的原因。然而，HZDR研究人員隨后發(fā)現(xiàn)了可能影響太陽磁場的潛在間接機(jī)制的證據(jù)通過潮汐力：泰勒不穩(wěn)定性的振蕩，一種物理效應(yīng)，從某一電流，可以改變導(dǎo)電液體或等離子體的行為。基于這一概念，科學(xué)家們在2016年開發(fā)了他們的第一個(gè)模型; 他們已經(jīng)在他們的新研究中推進(jìn)了這個(gè)模型，以呈現(xiàn)更現(xiàn)實(shí)的情景。

具有重大影響的小觸發(fā)器：潮汐利用不穩(wěn)定性

在陽光下的熱等離子體時(shí)，泰勒不穩(wěn)定擾亂磁通與磁場，它本身非常敏感反應(yīng)，以微小的力。小的能量推力足以使擾動(dòng)在右手和左手螺旋(旋轉(zhuǎn)投射到動(dòng)量方向)之間振蕩。這需要的動(dòng)量可能是每十一年由行星潮汐力引起的 - 最終還設(shè)定了磁場逆轉(zhuǎn)太陽極性的節(jié)奏。

“當(dāng)我第一次閱讀關(guān)于將太陽能發(fā)電機(jī)與行星聯(lián)系起來的想法時(shí)，我非常懷疑，”Stefani回憶道。“但是當(dāng)我們發(fā)現(xiàn)當(dāng)前驅(qū)動(dòng)的泰勒不穩(wěn)定性在我們的計(jì)算機(jī)模擬中經(jīng)歷螺旋振蕩時(shí)，我問自己：如果等離子體受到類似潮汐的小擾動(dòng)的影響會(huì)發(fā)生什么?結(jié)果是驚人的。振蕩真的是興奮并與外部擾動(dòng)的時(shí)間同步。“

太陽能發(fā)電機(jī)增加了觸感

在發(fā)電機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)情形中，太陽的旋轉(zhuǎn)和太陽等離子體的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生周期性變化的磁場。這里有兩種效應(yīng)相互作用：等離子體在太陽赤道處比在極地處更快地旋轉(zhuǎn)。這導(dǎo)致了歐米茄效應(yīng)：在等離子體中凍結(jié)的磁場線在太陽周圍伸展，并將磁場轉(zhuǎn)換成幾乎與太陽赤道平行排列的場。α效應(yīng)描述了扭轉(zhuǎn)磁場線的機(jī)制，迫使磁場回到南北方向。

然而，究竟是什么導(dǎo)致α效應(yīng)是一個(gè)爭議的主題。Stefani的模型表明泰勒的不穩(wěn)定性是造成這種情況的部分原因。研究人員認(rèn)為最合理的情景是經(jīng)典的太陽能發(fā)電機(jī)與行星激發(fā)的調(diào)制相結(jié)合。“然后太陽將是一個(gè)完全普通的老星，其發(fā)電機(jī)周期與潮汐同步，”Stefani總結(jié)道。“我們的新模型的優(yōu)點(diǎn)在于，我們現(xiàn)在可以輕松地解釋以前難以模擬的效果，例如用太陽黑子觀察到的'假'螺旋，或者太陽活動(dòng)曲線中眾所周知的雙峰。 “

除了影響11年的周期外，行星潮汐力還可能對(duì)太陽產(chǎn)生其他影響。例如，還可以想到的是，它們改變了太陽的內(nèi)部輻射區(qū)和太陽的外部對(duì)流區(qū)(轉(zhuǎn)速線)之間的過渡區(qū)域中的等離子體的分層，使得磁通量可以更容易地傳導(dǎo)。在這些條件下，活動(dòng)周期的大小也可以改變，就像Maunder Minimum的情況一樣，當(dāng)太陽活動(dòng)在較長階段出現(xiàn)強(qiáng)烈下降時(shí)。

從長遠(yuǎn)來看，更精確的太陽能發(fā)電機(jī)模型將有助于科學(xué)家更有效地量化氣候相關(guān)過程，如空間天氣，甚至可能有一天改善氣候預(yù)測。新的模型計(jì)算還意味著，除了潮汐力之外，可能還有其他一些迄今被忽視的機(jī)制必須被納入太陽能發(fā)電機(jī)理論中，弱勢力的機(jī)制 - 正如研究人員現(xiàn)在所知道的那樣 - 具有重大影響。為了能夠在實(shí)驗(yàn)室中研究這個(gè)基本問題，研究人員目前正在HZDR建立一個(gè)新的液態(tài)金屬實(shí)驗(yàn)。