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太陽上的共振:表面呈渦流運動,周期超過27天

觀測結果(左);數值模型(右)。

當地時間7月20日,德國馬克斯·普朗克太陽系研究所(MPS)和哥廷根大學領導的團隊在《天文學與天體物理學》雜志發文稱,太陽的全球振蕩周期非常長,甚至與太陽自轉周期(27天)不相上下。振蕩在太陽表面表現為每小時五公裡左右的渦流運動,借助計算機模型,科學家證實它屬于共振模式,其存在與太陽的自轉有關。新發現将幫助科學家建立探測太陽内部的新方法,進而獲取其内部結構和動力學信息。

早在40多年前,研究人員就預測:太陽中還可能存在更長的周期振蕩。現在,預測得到了證實。研究人員Laurent Gizon說:“長周期振蕩與太陽自轉關系密切。從本質上講,它們不屬于聲學。探測太陽的長周期振蕩需要測量太陽表面多年來的水平運動。”

研究人員觀察了振蕩的數十種模式,發現每種模式都具有獨特的振蕩周期和空間依賴性:最大速度有可能出現在兩極、中緯度地區或者赤道附近。在赤道附近具有最大速度的模式是Rossby模式,由Gizon團隊在2018年确定。

為了确定新振蕩的性質,研究人員将觀測數據與計算機模型進行了比較。他們從日震學推斷的太陽結構和不同的自轉模型出發,綜合考慮了上層對流驅動(convective driving)強度、湍流運動幅度和太陽模型的小振幅擾動,獲取了模型的自由振動。研究人員Damien Fournier說:“太陽的新振動受到其自轉方式的強烈影響,太陽自轉和緯度的相關性決定了最大振幅的位置。”研究人員Robert Cameron補充:“振蕩對太陽内部的特性也很敏感,尤其是湍流運動的強度和太陽介質的相關粘度,以及對流驅動的強度。在太陽表面以下大約20萬公裡處的對流區底部,這種敏感性十分突出。正如我們能用聲波振蕩了解太陽内部的聲速,長周期振蕩也為了解湍流過程提供了參考。”

Gizon總結說:“發現太陽新振蕩模式是令人振奮的。它能讓我們推斷出某些性質,例如最終控制太陽能發電機的對流驅動強度。”

科界原創

編譯:雷鑫宇 審稿:西莫 責編:陳之涵

期刊來源:《天文學與天體物理學》

原文鍊接:https://phys.org/news/2021-07-long-period-oscillations-sun.html

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