Površina Sunca je zadivljujući prikaz sunčevih pjega i baklji koje pokreće solarno magnetsko polje, koje se interno generira kroz proces nazvan sunčev dinamo mehanizam. Astrofizičari su pretpostavljali da se magnetsko polje Sunca generira duboko unutar zvijezde. Međutim, studija MIT-a otkriva da bi aktivnost Sunca mogla biti oblikovana mnogo plićim procesom. U radu objavljenom u časopisu Nature, istraživači s MIT-a, Sveučilišta u Edinburghu i drugih institucija otkrili su da magnetsko polje Sunca može nastati iz nestabilnosti unutar njegovih najudaljenijih slojeva.
Tim je generirao precizan model Sunčeve površine i otkrio da, kada su simulirali određene perturbacije ili promjene u protoku plazme (ioniziranog plina) unutar gornjih 5-10% Sunca, te površinske promjene bile su dovoljne za stvaranje realističnih uzoraka magnetskog polja, sličnih onima koje su astronomi promatrali na Suncu. Suprotno tome, njihove simulacije u dubljim slojevima proizvodile su manje realistične solarne aktivnosti. Ovi nalazi sugeriraju da bi sunčeve pjege i baklje mogle biti proizvod plitkog magnetskog polja, umjesto polja koje potječe dublje unutar Sunca, kako su znanstvenici uglavnom pretpostavljali.
Uloga magnetskog polja
“Značajke koje vidimo kada gledamo Sunce, poput korone koju su mnogi vidjeli tijekom nedavne pomrčine Sunca, sunčevih pjega i solarnih baklji, sve su povezane s magnetskim poljem Sunca”, kaže autor studije Keaton Burns, istraživač na Odsjeku za matematiku MIT-a. “Pokazujemo da izolirane perturbacije blizu površine Sunca, daleko od dubljih slojeva, mogu rasti tijekom vremena kako bi potencijalno proizvele magnetske strukture koje vidimo.”
Ako magnetsko polje Sunca zaista nastaje iz njegovih najudaljenijih slojeva, to bi moglo dati znanstvenicima bolju šansu za predviđanje baklji i geomagnetskih oluja koje imaju potencijal oštetiti satelite i telekomunikacijske sustave. “Znamo da dinamo mehanizam djeluje poput velikog sata s mnogo složenih interaktivnih dijelova”, kaže suautor Geoffrey Vasil, istraživač na Sveučilištu u Edinburghu. “Ali ne znamo mnoge dijelove niti kako se uklapaju. Ova nova ideja o tome kako solarni dinamo mehanizam počinje ključna je za njegovo razumijevanje i predviđanje.”
Suautori studije uključuju Daniela Lecoaneta i Kylea Augustsona sa Sveučilišta Northwestern, Jeffreyja Oishija s Bates Collegea, Benjamina Browna i Keitha Juliena sa Sveučilišta Colorado u Boulderu te Nicholasa Brummella sa Sveučilišta California u Santa Cruzu. Sunce je vruća kugla plazme koja neprestano vrije na svojoj površini. Ovo vruće područje, poznato kao “konvekcijska zona“, sadrži slojeve plazme koji se stalno miješaju i teku. Konvekcijska zona proteže se oko 200.000 kilometara ispod površine i čini gornju trećinu Sunčevog radijusa.
Jedna od osnovnih ideja za pokretanje dinama je da je potrebno područje gdje se mnogo plazme kreće pored druge plazme, a to gibanje pretvara kinetičku energiju u magnetsku energiju,” objašnjava Burns. “Ljudi su mislili da se magnetsko polje Sunca stvara gibanjem na samom dnu konvekcijske zone.” Kako bi precizno odredili gdje nastaje magnetsko polje Sunca, znanstvenici su koristili velike trodimenzionalne simulacije za modeliranje protoka plazme kroz različite slojeve unutar Sunca. “Te simulacije zahtijevaju milijune sati na superračunalima, ali rezultat je i dalje daleko manje turbulentan od stvarnog Sunca,” kaže Burns.
Umjesto simuliranja složenog protoka plazme kroz cijelo Sunce, Burns i njegovi kolege pitali su se bi li proučavanje stabilnosti protoka plazme blizu površine moglo biti dovoljno za objašnjenje porijekla dinamo mehanizma. Kako bi istražili ovu ideju, tim je prvo koristio podatke iz helioseizmologije, gdje znanstvenici koriste promatrane ‘vibracije’ na površini Sunca kako bi odredili prosječnu strukturu i protok plazme ispod površine
Vibracije na površini sunca
“Ako snimite video bubnja i gledate kako vibrira u usporenom snimku, možete izračunati oblik i čvrstoću bubnja iz vibracijskih modova”, kaže Burns. “Slično tome, možemo koristiti vibracije koje vidimo na površini Sunca kako bismo zaključili prosječnu strukturu unutrašnjosti.” Za svoju novu studiju, istraživači su prikupili modele strukture Sunca iz helioseizmičkih promatranja. “Ovi prosječni tokovi izgledaju poput luka, s različitim slojevima plazme koji se rotiraju jedan pored drugog”, objašnjava Burns. “Zatim se pitamo: Postoje li perturbacije, ili male promjene u protoku plazme, koje bismo mogli superponirati na ovu prosječnu strukturu, koje bi mogle rasti i uzrokovati magnetsko polje Sunca?”
Kako bi pronašli takve uzorke, tim je koristio Dedalus projekt – numerički okvir koji je Burns razvio i koji može simulirati mnoge tipove protoka fluida s visokim stupnjem preciznosti. Kod je primijenjen na širok raspon problema, od modeliranja dinamike unutar pojedinačnih stanica do ocean i atmosferskih cirkulacija. “Moji suradnici već godinama razmišljaju o problemu solarnog magnetizma, a mogućnosti Dedalusa sada su dosegle točku gdje smo ga mogli riješiti”, kaže Burns.
Tim je razvio algoritme koje su integrirali u Dedalus kako bi otkrili promjene koje se same pojačavaju u prosječnim površinskim tokovima Sunca. Algoritam je identificirao nove uzorke koji bi mogli rasti i rezultirati realističnom solarnom aktivnošću. Konkretno, tim je pronašao uzorke koji odgovaraju lokacijama i vremenskim razdobljima sunčevih pjega koje astronomi promatraju još od Galileovih vremena, 1612. godine. Sunčeve pjege su prolazne značajke na površini Sunca za koje se smatra da ih oblikuje magnetsko polje Sunca. Ove relativno hladnije regije pojavljuju se kao tamne mrlje u odnosu na ostatak bijele, vruće površine Sunca. Astronomi već dugo promatraju da se sunčeve pjege pojavljuju u cikličkom uzorku, rastući i povlačeći se svakih 11 godina, te se općenito gravitiraju oko ekvatora, a ne blizu polova.
Površinski slojevi sunca
U simulacijama tima, otkriveno je da su određene promjene u protoku plazme unutar gornjih 5-10% površinskih slojeva Sunca bile dovoljne za stvaranje magnetskih struktura u istim regijama. Nasuprot tome, promjene u dubljim slojevima proizvode manje realistična solarna polja koja su koncentrirana blizu polova, a ne ekvatora. Tim je bio motiviran detaljnije proučiti uzorke protoka blizu površine jer su uvjeti tamo sličili nestabilnim protocima plazme u potpuno različitim sustavima, poput akrecijskih diskova oko crnih rupa. Akrecijski diskovi su masivni diskovi plina i zvjezdane prašine koji rotiraju prema crnoj rupi, pokretani nestabilnošću magnetne rotacije, koja stvara turbulenciju u protoku i uzrokuje njegovo padanje prema unutra.
Burns i njegovi kolege sumnjali su da sličan fenomen djeluje na Suncu, i da nestabilnost magnetne rotacije u najudaljenijim slojevima Sunca može biti prvi korak u stvaranju magnetskog polja Sunca. “Mislim da bi ovaj rezultat mogao biti kontroverzan”, kaže Burns. “Većina zajednice je bila usmjerena na pronalaženje dinamo akcije duboko u Suncu. Sada pokazujemo da postoji drugačiji mehanizam koji se čini boljim podudaranjem s promatranjima.” Burns kaže da tim nastavlja proučavati mogu li novi uzorci površinskog polja generirati pojedinačne sunčeve pjege i cijeli 11-godišnji solarni ciklus.
Pozdrav svima! Hvala što čitate Kozmos.hr! Ja sam Ivan i dugi niz godina pišem o svermiu, astronomiji, znanosti, povijesti i arheologiji, a imao sam priliku sudjelovati i u dokumentarcima Science Discovery-ja te History Channel-a.
