太阳的时钟:周期性的太阳活动波动可以被行星引力记录下来

活跃的太阳区域丰富

2015年5月,在5天的时间里,太阳活动了大约12个活跃区域。沿着连接极性相反区域的磁力线旋转的粒子,延伸出这些活跃区域的明亮细长的线。来源:美国宇航局太阳动力学观测站

所有的周期都符合这一假设:新的计算支持并扩展了行星假说。

不仅非常简洁的11年周期,而且还可以通过行星有吸引力的力量来计时所有其他定期的太阳能活动。这是弗兰克斯特凡尼博士和他的同事们在俄罗斯赫尔莫​​霍尔斯特鲁姆德累斯顿 - Rossendorf(HZDR)和俄罗斯彼尔姆,普遍媒体力学研究所的结论。通过新的模型计算,他们第一次提出了对所有重要已知的太阳循环的全面解释。他们还揭示了数千年的最长波动作为混乱过程。尽管存在短期和中期循环的行星时机,因此太阳能活动的长期预测变得不可能,作为科学期刊的研究人员太阳物理学断言。

长期以来,世界各地的太阳物理学家一直在寻找令人满意的解释,以解释太阳的许多周期性重叠活动波动。除了最著名的大约11年的“施瓦贝周期”外,太阳的波动周期也更长,从几百年到几千年不等。例如,“格列斯伯格周期”(约85年)、“苏斯-德弗里斯周期”(约200年)和“邦德事件”(约1500年)的准周期之后,它们都以发现者的名字命名。毫无疑问,太阳磁场控制着这些活动的波动。

对于磁场变化的原因,专家圈内的解释和模型存在很大的分歧。太阳是由外部控制的,还是许多周期的原因在于太阳能发电机本身的特殊特性?HZDR研究人员Frank Stefani和他的同事们多年来一直在寻找答案——主要是关于行星是否在太阳活动中发挥作用这个非常有争议的问题。

太阳的玫瑰花状运动可以产生一个193年的周期

研究人员最近对太阳的轨道运动进行了更近距离的观察。太阳并不是固定在太阳系的中心:它与巨大的木星和土星在共同的重力场中跳舞——以19.86年的速度。我们从地球上了解到,在其轨道上旋转会引发地球液态核的微小运动。类似的事情也发生在太阳内部,但到目前为止,关于太阳的磁场一直被忽视。

研究人员提出了一个想法,即部分太阳的角动量可以转移到它的旋转中,从而影响产生太阳磁场的内部发电机过程。这样的耦合将足以改变速跃层极其敏感的磁存储能力,它是太阳内部不同类型能量传输之间的过渡区域。斯蒂芬尼说:“这样一来,线圈磁场就更容易吸附到太阳表面。”

研究人员将这种速跃层的节律性扰动整合到他们之前的典型太阳能发电机的模型计算中,因此他们能够重现从观察中得知的几种周期性现象。最引人注目的是,除了施瓦贝周期11.07年他们已经建模在以往的研究中,磁场的强度的速度现在也改变了193年——这可能是太阳Suess-de弗里斯的周期,从观测报告是180年到230年。从数学上讲,193年是在19.86年周期和施瓦贝周期(也叫黑尔周期)之间的一个节拍周期。因此,Suess-de Vries周期是两个外部“时钟”组合的结果:行星的潮汐力和太阳自身在太阳系引力场中的运动。

行星作为节拍器

对于11.07年的周期,史蒂芬尼和他的研究人员之前已经发现了强有力的统计证据,表明它必须遵循一个外部时钟.他们将这个“时钟”与金星、地球和木星的潮汐力联系起来。当行星排成一列时,它们的影响最大:一个星座每11.07年出现一次。至于193年的周期,一个敏感的物理效应也是决定性的,它触发了行星对太阳发电机的微弱潮汐力的充分影响。

在最初对行星假说持怀疑态度后,Stefani现在认为这些联系并非巧合。“如果太阳在这里捉弄我们,那么它将是难以置信的完美。”或者,事实上,我们对太阳活动周期的长短有了初步的了解。”事实上,目前的结果也回顾地重申,11年的周期必须是一个定时的过程。否则,拍周期的出现在数学上是不可能的。

陷入混乱:1000-2000年的崩溃无法更准确地预测

除了更短的活动周期外,太阳还表现出千年范围内的长期趋势。它们的特征是活动持续下降,被称为“极小期”,比如最近的“蒙德极小期”,发生在1645年至1715年的“小冰河期”。通过对观测到的极小值进行统计分析,研究人员可以表明,这些极小值并不是周期性的过程,而是每隔大约一到两千年发生一次,遵循数学上的随机过程。

为了在模型中验证这一点,研究人员将他们的太阳能发电机模拟扩展到更长的3万年。事实上,除了更短的周期外,每1000年到2000年,地磁活动就会出现不规则的、突然的下降。“在我们的模拟中,我们看到了南北不对称是如何形成的,它最终变得太强大,失去同步,直到一切崩溃。系统会陷入混乱,然后需要一段时间才能重新回到同步状态。但这一结果也意味着非常长期的太阳活动预测——例如,确定对气候发展的影响——几乎是不可能的。

参考:《摇动和搅动:当邦德遇见苏-德·弗里斯和格内维什夫-奥尔》,F. Stefani, R. Stepanov和T. Weier, 2021年6月10日,太阳物理学
DOI: 10.1007 / s11207 - 021 - 01822 - 4

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