Солнечное динамо – это физический процесс , который генерирует магнитное поле Солнца . Это объясняется вариантом 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 -машина преобразует кинетическую энергию в электрическую-магнитную энергию. Электропроводящая жидкость со сдвигом или более сложным движением , таким как турбулентность, может временно усиливать магнитное поле согласно 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, при этом адвективное усиление жидкости по существу уравновешивает диффузионный или омический распад. Такие системы называются самоподдерживающимися динамо-машинами . Солнце представляет собой самоподдерживающуюся динамо-машину, которая преобразует конвективное движение и дифференциальное вращение внутри Солнца в электрическо-магнитную энергию.
В настоящее время предполагается, что геометрия и ширина тахоклина играют важную роль в моделях солнечного динамо, закручивая более слабое полоидальное поле для создания гораздо более сильного тороидального поля. Однако недавние радионаблюдения за более холодными звездами и коричневыми карликами , которые не имеют радиационного ядра и имеют только конвекционную зону , показали, что они поддерживают крупномасштабные магнитные поля солнечной силы и проявляют активность, подобную солнечной, несмотря на отсутствие тахоклины. Это говорит о том, что только конвекционная зона может быть ответственна за работу 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 пятна на фотосфере Солнца и соответствуют концентрации магнитного поля. При типичном солнечном минимуме солнечных пятен видно мало или совсем нет. Те, что действительно появляются, находятся в высоких солнечных широтах. По мере того, как солнечный цикл приближается к своему максимуму , солнечные пятна имеют тенденцию формироваться ближе к солнечному экватору, следуя закону Шперера .
11-летний цикл солнечных пятен представляет собой половину 22-летнего цикла солнечного динамо Бэбкока – Лейтона, который соответствует колебательному обмену энергией между тороидальными и полоидальными солнечными магнитными полями. В максимуме солнечного цикла внешнее полоидальное диполярное магнитное поле близко к минимальной силе динамо-цикла, но внутреннее тороидальное квадрупольное поле, генерируемое за счет дифференциального вращения внутри тахоклина , близко к максимальной силе. В этот момент динамо-цикла плавучий апвеллинг в зоне конвекции вызывает появление тороидального магнитного поля через фотосферу, вызывая появление пар солнечных пятен, примерно выровненных с востока на запад с противоположными магнитными полярностями. Магнитная полярность пар солнечных пятен меняется каждый солнечный цикл — явление, известное как цикл Хейла. [5] [6]
Во время фазы спада солнечного цикла энергия смещается от внутреннего тороидального магнитного поля к внешнему полоидальному полю, и количество солнечных пятен уменьшается. В солнечном минимуме тороидальное поле соответственно имеет минимальную напряженность, солнечные пятна относительно редки, а полоидальное поле имеет максимальную напряженность. Во время следующего цикла дифференциальное вращение преобразует магнитную энергию обратно из полоидального поля в тороидальное с полярностью, противоположной предыдущему циклу. Этот 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 двойных динамо-волн солнечного магнитного поля, вызванным эффектом биения волновой интерференции. [9]