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太阳上的共振:表面呈涡流运动,周期超过27天

观测结果(左);数值模型(右)。

当地时间7月20日,德国马克斯・普朗克太阳系研究所(MPS)和哥廷根大学领导的团队在《天文学与天体物理学》杂志发文称,太阳的全球振荡周期非常长,甚至与太阳自转周期(27天)不相上下。振荡在太阳表面表现为每小时五公里左右的涡流运动,借助计算机模型,科学家证实它属于共振模式,其存在与太阳的自转有关。新发现将帮助科学家建立探测太阳内部的新方法,进而获取其内部结构和动力学信息。

早在40多年前,研究人员就预测:太阳中还可能存在更长的周期振荡。现在,预测得到了证实。研究人员Laurent Gizon说:“长周期振荡与太阳自转关系密切。从本质上讲,它们不属于声学。探测太阳的长周期振荡需要测量太阳表面多年来的水平运动。”

研究人员观察了振荡的数十种模式,发现每种模式都具有独特的振荡周期和空间依赖性:最大速度有可能出现在两极、中纬度地区或者赤道附近。在赤道附近具有最大速度的模式是Rossby模式,由Gizon团队在2018年确定。

为了确定新振荡的性质,研究人员将观测数据与计算机模型进行了比较。他们从日震学推断的太阳结构和不同的自转模型出发,综合考虑了上层对流驱动(convective driving)强度、湍流运动幅度和太阳模型的小振幅扰动,获取了模型的自由振动。研究人员Damien Fournier说:“太阳的新振动受到其自转方式的强烈影响,太阳自转和纬度的相关性决定了最大振幅的位置。”研究人员Robert Cameron补充:“振荡对太阳内部的特性也很敏感,尤其是湍流运动的强度和太阳介质的相关粘度,以及对流驱动的强度。在太阳表面以下大约20万公里处的对流区底部,这种敏感性十分突出。正如我们能用声波振荡了解太阳内部的声速,长周期振荡也为了解湍流过程提供了参考。”

Gizon总结说:“发现太阳新振荡模式是令人振奋的。它能让我们推断出某些性质,例如最终控制太阳能发电机的对流驱动强度。”

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编译:雷鑫宇 审稿:西莫 责编:陈之涵

期刊来源:《天文学与天体物理学》

期刊编号:1432-0746

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

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