Солнечная динамо - Solar dynamo

В солнечное динамо это физический процесс, который генерирует солнце с магнитное поле. Объясняется это вариантом теория динамо. Природный электрический генератор в недрах Солнца производит электрические токи и магнитное поле, подчиняющееся законам Ампер, Фарадей и Ом, а также законы динамика жидкостей, которые вместе образуют законы магнитогидродинамика. Детальный механизм солнечного динамо неизвестен и является предметом текущих исследований.[1]

Механизм

А динамо обращает кинетическая энергия в электромагнитную энергию. An электропроводящий жидкость с сдвиг или более сложное движение, такие как турбулентность, могут временно усилить магнитное поле через Закон Ленца: движение жидкости относительно магнитного поля индуцирует в жидкости электрические токи, которые искажают начальное поле. Если движение жидкости достаточно сложно, она может поддерживать собственное магнитное поле с адвективным усилением жидкости, по существу уравновешивающим диффузионный или омический распад. Такие системы называются самоподдерживающиеся динамо-машины. Солнце - это самоподдерживающаяся динамо-машина, преобразующая конвективное движение и дифференциальное вращение внутри Солнца к электромагнитной энергии.

В настоящее время геометрия и ширина тахоклин предполагается, что они играют важную роль в моделях солнечного динамо за счет включения более слабых полоидальный поле для создания более сильного тороидальный поле. Однако недавние радионаблюдения более холодных звезд и коричневые карлики, которые не имеют радиационного основной и есть только зона конвекции, продемонстрировали, что они поддерживают крупномасштабные магнитные поля солнечной силы и проявляют солнечную активность, несмотря на отсутствие тахоклинов. Это говорит о том, что только зона конвекции может отвечать за функцию солнечного динамо.[2]

Солнечный цикл

Основная статья: Солнечный цикл

Наиболее заметная временная вариация магнитного поля Солнца связана с квазипериодическим 11-летним периодом. солнечный цикл, характеризующийся увеличением и уменьшением количества и размера солнечные пятна.[3][4] Солнечные пятна видны как темные пятна на Солнце. фотосфера и соответствуют концентрациям магнитного поля. На типичном солнечный минимум, видно мало или совсем нет солнечных пятен. Те, что действительно появляются, находятся на высоких солнечных широтах. По мере того, как солнечный цикл приближается к своему максимум, пятна имеют тенденцию формироваться ближе к солнечному экватору, следуя Закон Шперера.

11-летний цикл солнечных пятен составляет половину 22-летнего цикла. Бэбкок - солнечный динамо-цикл Лейтона, который соответствует колебательному обмену энергией между тороидальный и полоидальный солнечные магнитные поля. В максимум солнечного цикла, внешнее полоидальное дипольное магнитное поле близко к минимальной напряженности динамо-цикла, но внутреннее тороидальный квадрупольное поле, генерируемое дифференциальным вращением внутри тахоклин, близка к максимальной силе. В этот момент динамо-цикла всплывающий апвеллинг внутри зона конвекции вынуждает возникновение тороидального магнитного поля через фотосферу, вызывая появление пар солнечных пятен, примерно ориентированных с востока на запад с противоположными магнитными полярностями. Магнитная полярность пар солнечных пятен меняется каждый солнечный цикл, это явление известно как цикл Хейла.[5][6]

Во время фазы спада солнечного цикла энергия смещается от внутреннего тороидального магнитного поля к внешнему полоидальному, и количество солнечных пятен уменьшается. В период минимума солнечной активности тороидальное поле, соответственно, минимально, пятна относительно редки, а полоидальное поле максимально. Во время следующего цикла дифференциальное вращение преобразует магнитную энергию обратно из полоидального в тороидальное поле с полярностью, противоположной предыдущему циклу. Этот процесс продолжается непрерывно, и в идеализированном, упрощенном сценарии каждый 11-летний цикл солнечных пятен соответствует изменению полярности крупномасштабного магнитного поля Солнца.[6][7][8] Длительные минимумы солнечной активности могут быть связаны с взаимодействием двойных динамо-волн магнитного поля Солнца, вызванным эффектом биений интерференции волн.[9]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Тобиас, С. (2002). "Солнечное динамо". Философские труды Королевского общества A. 360 (1801): 2741–2756. Bibcode:2002RSPTA.360.2741T. Дои:10.1098 / rsta.2002.1090. PMID  12626264.
  2. ^ Маршрут, Мэтью (20 октября 2016 г.). «Открытие циклов солнечной активности после окончания основной последовательности?». Письма в астрофизический журнал. 830: 27. arXiv:1609.07761. Bibcode:2016ApJ ... 830L..27R. Дои:10.3847 / 2041-8205 / 830/2 / L27.
  3. ^ Шарбонно, П. (2014). "Теория солнечного динамо". Ежегодный обзор астрономии и астрофизики. 52: 251. Bibcode:2014ARA & A..52..251C. Дои:10.1146 / annurev-astro-081913-040012.
  4. ^ Зиркер, Дж. Б. (2002). Путешествие от центра Солнца. Princeton University Press. стр.119–120. ISBN  978-0-691-05781-1.
  5. ^ Hale, G.E .; Эллерман, Ф .; Николсон, С. Б.; Джой, А. Х. (1919). «Магнитная полярность солнечных пятен». Астрофизический журнал. 49: 153. Bibcode:1919ApJ .... 49..153H. Дои:10.1086/142452.
  6. ^ а б «Спутники НАСА фиксируют начало нового солнечного цикла». PhysOrg. 4 января 2008 г.. Получено 10 июля 2009.
  7. ^ "Солнце переворачивает магнитное поле". CNN. 16 февраля 2001 г.. Получено 11 июля 2009.
  8. ^ Филлипс, Т. (15 февраля 2001 г.). "Солнце переворачивается". НАСА. Получено 11 июля 2009.
  9. ^ Жаркова, В. В .; Шеперд, С. Дж .; Попова, Е .; Жарков С.И. (29 октября 2015 г.). "Сердцебиение Солнца на основе анализа главных компонентов и прогнозирования солнечной активности в масштабе тысячелетия". Научные отчеты. С. 1–11. Дои:10.1038 / srep15689.