Международная группа ученых, включающая профессора Московского государственного университета имени Ломоносова, впервые количественно описала важный механизм, отвечающий за образование солнечных пятен и формирование солнечного цикла.
Магнитная спиральность — один из так называемых инвариантов (то есть физическая величина, значение которой в некотором физическом процессе не изменяется с течением времени) движения в магнитной гидродинамике. Спиральность сохраняется во времени подобно энергии и указывает на то, насколько зацеплены силовые линии магнитного поля.
Однако за последние 20 лет ученые поняли, что неизменность этой величины гораздо больше определяет поведение магнитного поля в плазме, чем сохранение энергии.
Китайские ученые под руководством Хунци Чжана взяли на себя мониторинг магнитной спиральности в активных областях Солнца. При помощи космической обсерватории Solar Dynamics Observatory (SDO) ученые пронаблюдали за отдельной активной областью Солнца в Южном полушарии — участком, в который входит группа солнечных пятен. «Эти активные области берутся не из ниоткуда, а всплывают из глубин Солнца и несут информацию о том, какое там магнитное поле. То есть, изучая такие области, мы напрямую заглядываем в недра звезды», — пояснил соавтор работы, профессор физического факультета МГУ Дмитрий Соколов.
До последнего времени ученым не удавалось измерить спектр спиральности, то есть как много небольших и крупных вихрей встречается в активных областях Солнца.
Мы с Акселем Бранденбургом знали, как вычислить спектр спиральности научными методами, Аксель взял стандартную программу, и при помощи преобразования Фурье нами впервые был построен спектр магнитной спиральности», — рассказал Соколов. Наблюдения одной и той же активной области на Солнце, проведенные в разные дни, при помощи разных магнитограмм, показали, что этот спектр действительно устойчив, как и предполагали ученые.
По словам ученых, то, что магнитную спиральность на Солнце можно измерять, является достижением лишь последних лет.
Понимание того, как формируется баланс спиральности, позволяет физикам понять, какие процессы контролируют 11-летний солнечный цикл, в ходе которого периодически увеличивается и уменьшается интенсивность активности Солнца.
«Закон Ома для солнечной среды включает такие компоненты, которые не встречаются в земной электродинамике. Это связано с тем, что солнечная конвекция зеркально асимметрична, именно поэтому в солнечных условиях ток не перпендикулярен, а параллелен магнитному полю. Это не просто важно — это ключевой момент. А спиральность — это мера зеркальной асимметрии», — пояснил Соколов.
Результаты работы, опубликованной в журнале Astrophysical Journal Letters, в дальнейшем способны облегчить прогнозирование солнечной активности.
Кроме того, понимание роли магнитной спиральности в активности Солнца поможет астрономам в будущем лучше понять природу таких феноменов, как, например, минимум Маундера — этап долговременного сокращения числа солнечных пятен, наблюдавшийся в конце XVII века. «Спиральность, несомненно, с этим связана, однако пока это трудно проверить, поскольку данные о маундеровском минимуме касаются только числа солнечных пятен, а о спиральности в XVII веке мы данных не имеем», — говорит российский ученый.
