Солнечное динамо — это физический процесс, который генерирует магнитное поле Солнца . Он объясняется с помощью варианта теории динамо . Естественный электрический генератор внутри Солнца производит электрические токи и магнитное поле, следуя законам Ампера , Фарадея и Ома , а также законам гидродинамики , которые вместе образуют законы магнитогидродинамики . Подробный механизм солнечного динамо неизвестен и является предметом текущих исследований. [1]
Динамо преобразует кинетическую энергию в электромагнитную энергию. Электропроводящая жидкость со сдвигом или более сложным движением , таким как турбулентность, может временно усиливать магнитное поле по закону Ленца : движение жидкости относительно магнитного поля индуцирует в жидкости электрические токи, которые искажают исходное поле. Если движение жидкости достаточно сложное, оно может поддерживать собственное магнитное поле, причем адвективное усиление жидкости по существу уравновешивает диффузионный или омический распад. Такие системы называются самоподдерживающимися динамо . Солнце является самоподдерживающимся динамо, которое преобразует конвективное движение и дифференциальное вращение внутри Солнца в электромагнитную энергию.
В настоящее время предполагается, что геометрия и ширина тахоклина играют важную роль в моделях солнечного динамо, закручивая более слабое полоидальное поле, чтобы создать гораздо более сильное тороидальное поле. Однако недавние радионаблюдения более холодных звезд и коричневых карликов , которые не имеют лучистого ядра и имеют только зону конвекции , продемонстрировали, что они поддерживают крупномасштабные магнитные поля солнечной силы и демонстрируют активность, подобную солнечной, несмотря на отсутствие тахоклинов. Это говорит о том, что только зона конвекции может быть ответственна за функцию солнечного динамо. [2]
Наиболее заметное изменение магнитного поля Солнца во времени связано с квазипериодическим 11-летним солнечным циклом , характеризующимся увеличением и уменьшением количества и размера солнечных пятен . [3] [4] Солнечные пятна видны как темные участки на фотосфере Солнца и соответствуют концентрациям магнитного поля. В типичном солнечном минимуме видно мало или совсем нет солнечных пятен. Те, которые появляются, находятся на высоких солнечных широтах. По мере того, как солнечный цикл приближается к своему максимуму , солнечные пятна имеют тенденцию образовываться ближе к солнечному экватору, следуя закону Шпёрера .
11-летний цикл солнечных пятен составляет половину 22-летнего цикла солнечного динамо Бабкока -Лейтона, который соответствует колебательному обмену энергией между тороидальными и полоидальными солнечными магнитными полями. В максимуме солнечного цикла внешнее полоидальное дипольное магнитное поле близко к минимальной силе динамо-цикла, но внутреннее тороидальное квадрупольное поле, генерируемое посредством дифференциального вращения внутри тахоклина , близко к максимальной силе. В этой точке динамо-цикла плавучий подъем в зоне конвекции заставляет тороидальное магнитное поле выходить через фотосферу, что приводит к появлению пар солнечных пятен, примерно выровненных по оси восток-запад с противоположными магнитными полярностями. Магнитная полярность пар солнечных пятен чередуется каждый солнечный цикл, явление, известное как цикл Хейла. [5] [6]
Во время фазы спада солнечного цикла энергия смещается из внутреннего тороидального магнитного поля во внешнее полоидальное поле, и количество солнечных пятен уменьшается. В солнечный минимум тороидальное поле, соответственно, имеет минимальную силу, солнечные пятна относительно редки, а полоидальное поле имеет максимальную силу. Во время следующего цикла дифференциальное вращение преобразует магнитную энергию обратно из полоидального в тороидальное поле с полярностью, противоположной предыдущему циклу. Процесс продолжается непрерывно, и в идеализированном, упрощенном сценарии каждый 11-летний цикл солнечных пятен соответствует изменению полярности крупномасштабного магнитного поля Солнца. [6] [7] [8] Длительные минимумы солнечной активности могут быть связаны с взаимодействием между двойными динамо-волнами солнечного магнитного поля, вызванным биением эффекта интерференции волн. [9]