Звуковые волны помогают учёным в изучении солнечной конвекции

Художественное впечатление от супергранул Солнца. Супергранулы переносят тепло вблизи поверхности Солнца и примерно в 3 раза шире Земли. Горячий материал изнутри солнца поднимается на поверхность, охлаждается и переворачивается, прежде чем опуститься обратно внутрь. Ученые используют звуковые волны, чтобы заглянуть под поверхность, которые выглядят как рябь на поверхности. Автор: Melissa Weiss.

Команда физиков Солнца из Центра астрофизики и космических наук Нью-Йоркского университета в Абу-Даби (CASS) под руководством научного сотрудника Криса С. Хэнсона, доктора философии, раскрыла внутреннюю структуру солнечных супергранул, структуру потока, которая переносит тепло от скрытая внутренняя часть Солнца на его поверхности. Анализ супергранул, проведенный исследователями, представляет собой проблему для нынешнего понимания солнечной конвекции.

Поскольку поверхность Солнца непрозрачна для света, ученые Нью-Йоркского университета использовали звуковые волны, чтобы исследовать внутреннюю структуру супергранул. Эти звуковые волны, которые генерируются более мелкими гранулами и присутствуют повсюду на Солнце, в прошлом успешно использовались в области, известной как гелиосейсмология.

Анализируя такой большой набор данных о супергранулах, которые, по оценкам, простираются на 20 000 км (~3% вглубь) под поверхностью Солнца, ученые смогли с беспрецедентной точностью определить восходящие и нисходящие потоки, связанные с супергранулярным переносом тепла.. Помимо вывода о том, насколько глубоко простираются супергранулы, ученые также обнаружили, что нисходящие потоки оказались примерно на 40% слабее, чем восходящие, что позволяет предположить, что в нисходящих потоках отсутствовал какой-то компонент.

Путем обширных испытаний и теоретических аргументов авторы предполагают, что «недостающий» или невидимый компонент может состоять из небольших (около 100 км) шлейфов, которые переносят более холодную плазму внутрь Солнца. Звуковые волны на солнце были бы слишком сильными, чтобы ощутить эти шлейфы, из-за чего нисходящие потоки казались бы слабее. Эти результаты не могут быть объяснены широко используемым описанием солнечной конвекции на основе длины смешивания.

«Супергранулы являются важным компонентом механизмов теплопереноса Солнца, но они представляют собой серьезную проблему для понимания учеными», — сказал Шраван Ханасоге, доктор философии, профессор-исследователь, соавтор статьи и соглавный исследователь. КАСС. «Наши результаты противоречат предположениям, которые являются центральными для нынешнего понимания солнечной конвекции, и должны вдохновить на дальнейшее исследование солнечных супергранул».

Исследование проводилось в рамках CASS при NYUAD в сотрудничестве с Институтом фундаментальных исследований Тата, Принстонским университетом и Нью-Йоркским университетом с использованием высокопроизводительных вычислительных ресурсов NYUAD.

Больше информации: Supergranular-scale solar convection not explained by mixing-length theory, Nature Astronomy (2024). www.nature.com/articles/s41550-024-02304-w

Источник: New York University