Тонкая зона, скрытая в недрах Солнца, могла бы объяснить, почему наша звезда пульсирует энергией и почему ее магнетизм никогда по-настоящему не угасает.
Облака, появляющиеся перед солнцем во время рассвета.
Абед Исмаил/Pexels
Глубоко под поверхностью Солнца находится тончайшая переходная зона, называемая тахоклином. Несмотря на то, что тахоклин — лишь крошечная полоска, считается, что он является движущей силой магнитной активности Солнца.
Эта граница делит внутреннюю часть Солнца на две части: внутреннюю лучистую зону (составляющую 70 процентов радиуса Солнца), где энергия течёт плавно, и вся область вращается как твёрдый шар, и внешнюю конвективную зону (остальные 30 процентов), где горячие газы хаотично вращаются и вращаются с разной скоростью в зависимости от местоположения.
Считается, что тахоклин – это место зарождения солнечных вспышек и корональных выбросов массы. Ученые знали о нём десятилетиями, но не могли объяснить, почему эта граница так поразительно тонка и как она остаётся стабильной.
Теперь исследователям из Калифорнийского университета (UC) в Санта-Крузе удалось смоделировать этот неуловимый слой таким образом, что он наконец-то имеет смысл.
Расшифровка стабильности тахоклина
Тахоклин был впервые обнаружен в 1980-х годах с помощью гелиосейсмологии – метода, использующего рябь внутри Солнца, подобно тому, как сейсмологи используют землетрясения для исследования недр Земли. Однако перевести это открытие в рабочую физическую модель оказалось практически невозможно. Сложность кроется в самой природе Солнца.
Турбулентная плазменная сфера с процессами, охватывающими масштабы от 10 метров до миллиона километров и временные масштабы от секунд до миллионов лет. Предыдущие попытки моделирования не могли учесть все эти экстремальные условия одновременно, и поэтому тахоклин упорно отказывался появляться в симуляциях.
Именно здесь в игру вступает новое исследование. Авторы преодолевают трудности моделирования, применяя так называемые «героические» расчёты. Используя суперкомпьютер NASA Pleiades, они потратили десятки миллионов часов вычислений в течение 15 месяцев на проведение достаточно масштабных и подробных симуляций, чтобы максимально реалистично отразить тахоклин.
В предыдущих исследованиях придавалось слишком большое значение вязкости – липкому свойству жидкостей, препятствующему течению. Однако, по словам исследователей, в действительности вязкость играет незначительную роль в недрах Солнца. Вместо этого они акцентировали внимание на радиационном распространении – естественной тенденции переноса энергии в лучистой зоне к расширению тахоклина с течением времени.
К их удивлению, когда модель запустили в этих условиях, тахоклин возник сам собой. Ещё более показательным оказалось то, что моделирование показало, что магнитные поля, создаваемые в конвективной зоне, на самом деле способствуют сохранению узкого тахоклина, а не наоборот.
Другими словами, динамо (естественный процесс, посредством которого Солнце создает свое магнитное поле), которое, как считалось, зависит от тахоклина, по-видимому, также создает и поддерживает его — петля обратной связи, которую упускали из виду более ранние модели.
«Здесь наблюдается синергия, поскольку считается, что тахоклин играет фундаментальную роль в возникновении динамо-процесса. Теперь кажется, что и обратное может быть верным, в том смысле, что магнитное поле динамо может изначально быть причиной возникновения тахоклина», — отмечает Лорен Матилски, ведущий автор исследования и научный сотрудник.
Открытие, выходящее за рамки Солнца
Прогнозирование мощных солнечных бурь критически важно для защиты современных технологий, от спутников до глобальных энергосетей. Воссоздав тахоклин, учёные получили основу для более надёжных прогнозов солнечной активности.
За пределами Земли полученные результаты могут также послужить руководством для исследований других звезд, поскольку звездный магнетизм играет ключевую роль в формировании планетарных систем и даже в определении того, могут ли планеты поддерживать жизнь.
«Мы многое узнаём о динамике нашего Солнца, и, думаю, попутно мы также узнаём, как это происходит на других звёздах. Вопросы тахоклина становятся всё более важными в свете других звёздных систем и экзопланет», — сказал Матильский.
Однако даже с помощью второго по мощности суперкомпьютера НАСА моделирование пока не может учесть все детали турбулентных слоёв Солнца. Поэтому команда Калифорнийского университета в Санта-Крузе намерена усовершенствовать свои модели и применить их к другим звёздам.
Исследование опубликовано в The Astrophysical Journal Letters.
Sourse: interestingengineering.com
