Από την πρώτη παρατήρηση της μαγνητικής δραστηριότητας του ήλιου, οι αστρονόμοι προσπάθησαν να εντοπίσουν από πού προέρχεται. Τώρα, μετά από μια σειρά πολύπλοκων υπολογισμών σε έναν υπερυπολογιστή της NASA , οι ερευνητές ανακάλυψαν ότι το μαγνητικό πεδίο δημιουργείται περίπου 20.000 μίλια κάτω από την επιφάνεια του ήλιου.

Το εύρημα έρχεται σε αντίθεση με προηγούμενες θεωρίες, οι οποίες υποστήριζαν ότι το μαγνητικό πεδίο ξεκινούσε 130.000 μίλια κάτω από την επιφάνεια του ήλιου.

Η νέα ανακάλυψη μας βοηθά να κατανοήσουμε καλύτερα τις δυναμικές διαδικασίες του ήλιου αλλά θα μπορούσε επίσης να βοηθήσει τους επιστήμονες να προβλέπουν με μεγαλύτερη ακρίβεια τις ισχυρές ηλιακές καταιγίδες. Γεωμαγνητικές καταιγίδες σαν τις πρόσφατες που έδωσαν εντυπωσιακές εικόνες από το Βόρειο Σέλας, θα μπορούσαν να προκαλέσουν μεγάλες καταστροφές — σε δορυφόρους σε τροχιά γύρω από τη Γη, σε δίκτυα ηλεκτρικής ενέργειας και στις ραδιοεπικοινωνίες.

«Η κατανόηση της προέλευσης του μαγνητικού πεδίου του ήλιου ήταν ένα ανοιχτό ερώτημα από την εποχή του Galileo ακόμη και θεωρείται σημαντικό για την πρόβλεψη της μελλοντικής ηλιακής δραστηριότητας, όπως οι εκλάμψεις που θα μπορούσαν να χτυπήσουν τη Γη», δήλωσε ο συν-συγγραφέας της μελέτης Daniel Lecoanet. «Αυτή η εργασία κάνει μια νέα πρόταση για το πώς δημιουργείται το μαγνητικό πεδίο του ήλιου που ταιριάζει καλύτερα με τις ηλιακές παρατηρήσεις και, ελπίζουμε, ότι θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για να γίνουν καλύτερες προβλέψεις της ηλιακής δραστηριότητας».

Ειδικός στην αστροφυσική ρευστοδυναμική, ο Lecoanet είναι επίκουρος καθηγητής Μηχανικών Επιστημών και Εφαρμοσμένων Μαθηματικών στη Σχολή Μηχανικών McCormick του Northwestern και μέλος του Κέντρου Διεπιστημονικής Εξερεύνησης και Έρευνας στην Αστροφυσική. Ο Geoffrey Vasil, καθηγητής μαθηματικών στο Πανεπιστήμιο του Εδιμβούργου στη Σκωτία, ηγήθηκε της μελέτης.

Για αιώνες, οι αστρονόμοι μελετούσαν την μαγνητική δραστηριότητα του ήλιου

Με τα χρόνια, οι αστρονόμοι σημείωναν σημαντική πρόοδο στην κατανόηση της προέλευσης του ηλιακού δυναμό – της φυσικής διαδικασίας δηλαδή που δημιουργεί το μαγνητικό πεδίο – αλλά οι περιορισμοί παρέμεναν.

Κομμάτια του παζλ που λείπουν
Για να λύσει αυτό το παζλ, η ερευνητική ομάδα ανέπτυξε νέες, υπερσύγχρονες αριθμητικές προσομοιώσεις για τη μοντελοποίηση του μαγνητικού πεδίου του ήλιου. Σε αντίθεση με τα προηγούμενα μοντέλα, το νέο μοντέλο αντιπροσωπεύει τις στρεπτικές ταλαντώσεις, ένα κυκλικό μοτίβο του τρόπου με τον οποίο το αέριο και το πλάσμα ρέουν μέσα και γύρω από τον ήλιο. Επειδή ο ήλιος δεν είναι στερεός όπως η Γη και η Σελήνη, δεν περιστρέφεται ως ένα σώμα. Αντίθετα, η περιστροφή του ποικίλλει ανάλογα με το γεωγραφικό πλάτος. Όπως ο 11ετής ηλιακός μαγνητικός κύκλος, οι στρεπτικές ταλαντώσεις έχουν επίσης έναν κύκλο 11 ετών.

«Επειδή το κύμα έχει την ίδια περίοδο με τον μαγνητικό κύκλο, θεωρείται ότι αυτά τα φαινόμενα συνδέονται», είπε ο Lecoanet. «Ωστόσο, η παραδοσιακή θεωρία του ηλιακού μαγνητικού πεδίου δεν εξηγεί από πού προέρχονται αυτές οι στρεπτικές ταλαντώσεις. Μια ενδιαφέρουσα ένδειξη είναι ότι οι στρεπτικές ταλαντώσεις είναι κοντά στην επιφάνεια του ήλιου. Η υπόθεσή μας είναι ότι ο μαγνητικός κύκλος και οι στρεπτικές ταλαντώσεις είναι διαφορετικές εκδηλώσεις της ίδιας φυσικής διαδικασίας».

Όταν ο Kyle Augustson, ένας μεταδιδακτορικός συνεργάτης στο εργαστήριο του Lecoanet στο Northwestern, διεξήγαγε τις αριθμητικές προσομοιώσεις, οι ερευνητές βρήκαν ότι το νέο τους μοντέλο παρέχει μια ποσοτική εξήγηση για τις ιδιότητες που παρατηρούνται στις στρεπτικές ταλαντώσεις. Το μοντέλο εξηγεί επίσης πώς οι ηλιακές κηλίδες ακολουθούν μοτίβα της μαγνητικής δραστηριότητας του ήλιου – μια άλλη λεπτομέρεια που λείπει από τη θεωρία της “βαθιάς προέλευσης”.

Βελτίωση των προβλέψεων
Με μια καλύτερη κατανόηση του δυναμό του ήλιου, οι ερευνητές ελπίζουν να βελτιώσουν τις προβλέψεις για ηλιακές καταιγίδες. Οι πρόσφατες ηλιακές καταιγίδες αυτού του μήνα, για παράδειγμα, κατέστρεψαν τα συστήματα πλοήγησης γεωργικού εξοπλισμού — ακριβώς στην περίοδο της καλλιέργειας.

Αλλά οι ερευνητές εξετάζουν μια ακόμη πιο ισχυρή ηλιακή καταιγίδα που έπληξε τον Καναδά τον Σεπτέμβριο του 1859. Με την ονομασία Carrington Event, η έντονη καταιγίδα κατέστρεψε το νεοσύστατο τηλεγραφικό σύστημα της χώρας. Οι μηχανικοί θα μπορούσαν ενδεχομένως να λάβουν μέτρα για να αποτρέψουν καταστροφικές ζημιές στο μέλλον.

“Ενώ οι πρόσφατες ηλιακές καταιγίδες ήταν ισχυρές, ανησυχούμε για ακόμη πιο ισχυρές καταιγίδες όπως το συμβάν Carrington”, δήλωσε ο Lecoanet. «Αν μια καταιγίδα παρόμοιας έντασης χτυπούσε σήμερα τις Ηνωμένες Πολιτείες, θα προκαλούσε ζημιά από 1 έως 2 τρισεκατομμύρια δολάρια. Αν και πολλές πτυχές της ηλιακής δυναμικής παραμένουν καλυμμένες από ένα πέπλο μυστηρίου, το έργο μας κάνει τεράστια βήματα για να λύσει ένα από τα παλαιότερα άλυτα προβλήματα στη θεωρητική φυσική και ανοίγει το δρόμο για καλύτερες προβλέψεις επικίνδυνης ηλιακής δραστηριότητας.»

Για περισσότερα σχετικά με αυτήν την μελέτη

Η έρευνα δημοσιεύτηκε στις 22 Μαΐου στο περιοδικό Nature .

Αναφορά: “The solar dynamo begins near the surface” των Geoffrey M. Vasil, Daniel Lecoanet, Kyle Augustson, Keaton J. Burns, Jeffrey S. Oishi, Benjamin P. Brown, Nicholas Brummell και Keith Julien, 22 Μαΐου 2024, Nature

DOI: 10.1038/s41586-024-07315-1

Η μελέτη υποστηρίχθηκε από τη NASA (αριθμοί επιχορήγησης 80NSSC20K1280, 80NSSC22K1738 και 80NSSC22M0162). Οι υπολογισμοί διεξήχθησαν με την υποστήριξη του Προγράμματος Υπολογιστικών Υπολογιστών High End της NASA μέσω του Τμήματος Προηγμένων Υπερυπολογιστών (NAS) της NASA στο Ερευνητικό Κέντρο Ame

(photo: freepik)