Эти движения были измерены путем анализа 10-летних наблюдений из обсерватории солнечной динамики НАСА (SDO). Используя компьютерные модели, ученые показали, что недавно обнаруженные колебания являются резонансными модами и обязаны своим существованием дифференциальному вращению Солнца. Колебания помогут найти новые способы исследовать внутреннее пространство Солнца и получить информацию о внутренней структуре и динамике нашей звезды. Ученые описывают свои открытия в сегодняшнем выпуске журнала Astronomy & Astrophysics.
В 1960-х годах были открыты высокие музыкальные ноты Солнца: Солнце звенит как колокол. Миллионы мод акустических колебаний с короткими периодами, около 5 минут, возбуждаются конвективной турбулентностью вблизи поверхности Солнца и задерживаются внутри Солнца. Эти 5-минутные колебания непрерывно наблюдались наземными телескопами и космическими обсерваториями с середины 1990-х годов и были очень успешно использованы гелиосейсмологами для изучения внутренней структуры и динамики нашей звезды — точно так же, как сейсмологи изучают внутреннюю часть нашей звезды. Земля, изучая землетрясения. Одним из достижений гелиосейсмологии стало отображение вращения Солнца как функции глубины и широты (дифференциальное вращение Солнца).
В дополнение к 5-минутным колебаниям более 40 лет назад предсказывалось, что в звездах будут существовать гораздо более длительные колебания, но они не были обнаружены на Солнце до сих пор.
«Долгопериодические колебания зависят от вращения Солнца; они не имеют акустической природы», — говорит Лоран Гизон, ведущий автор нового исследования и директор MPS. «Обнаружение долгопериодических колебаний Солнца требует измерений горизонтальных движений на поверхности Солнца в течение многих лет. Непрерывные наблюдения с помощью гелиосейсмического и магнитного формирователя изображений (HMI) на борту SDO идеально подходят для этой цели».
Команда наблюдала множество десятков режимов колебаний, каждая со своим периодом колебаний и пространственной зависимостью. Некоторые виды колебаний имеют максимальную скорость на полюсах, некоторые — на средних широтах, а некоторые — около экватора. Режимы с максимальной скоростью около экватора — это моды Россби, которые команда уже идентифицировала в 2018 году.
«Долгопериодические колебания проявляются как очень медленные закрученные движения на поверхности Солнца со скоростью около 5 километров в час — о том, как быстро человек ходит», — говорит Чжи-Чао Лян из MPS.
Чтобы определить природу этих колебаний, команда сравнила данные наблюдений с компьютерными моделями. «Модели позволяют нам заглянуть внутрь Солнца и определить полную трехмерную структуру колебаний», — объясняет аспирант MPS Юто Бекки. Чтобы получить модель колебаний, команда начала с модели структуры Солнца и дифференциального вращения, выведенной из гелиосейсмологии. Кроме того, в модели учитываются сила конвективного движения в верхних слоях и амплитуда турбулентных движений. Свободные колебания модели находятся путем рассмотрения возмущений малой амплитуды в модели Солнца. Соответствующие скорости на поверхности хорошо соответствуют наблюдаемым колебаниям и позволили команде идентифицировать моды.
«Все эти новые колебания, которые мы наблюдаем на Солнце, сильно зависят от дифференциального вращения Солнца», — говорит ученый MPS Дэмьен Фурнье. Зависимость вращения Солнца от широты определяет, где моды имеют максимальные амплитуды. «Колебания также чувствительны к свойствам внутренней части Солнца: в частности, к силе турбулентных движений и связанной с ними вязкости солнечной среды, а также к силе конвективного движения», — говорит Роберт Кэмерон из MPS. Эта чувствительность высока у основания конвективной зоны, примерно в двухстах тысячах километров от поверхности Солнца. «Так же, как мы используем акустические колебания, чтобы узнать скорость звука в недрах Солнца с помощью гелиосейсмологии,
«Открытие нового типа солнечных колебаний очень захватывающе, потому что оно позволяет нам делать выводы о свойствах, таких как сила конвективного движения, которые в конечном итоге управляют солнечным динамо», — говорит Лоран Гизон.
