Zlá Astronómia

Spin zóna: Jadro Slnka sa otáča štyrikrát rýchlejšie ako povrch

2024

Slnko je nám najbližšou hviezdou v celom vesmíre, takže by ste si mysleli, že o ňom budeme vedieť najviac. A v mnohých ohľadoch áno; môžeme vidieť povrch vo vysokom rozlíšení a vidieť tam detaily, ktoré v iných hviezdach nemôžeme.

Ale stále je toho veľa, čo nevieme, a veľa otázok zostáva nezodpovedaných. Niektoré sa zdajú dosť jednoduché. Napríklad: Ako rýchlo sa jadro Slnka otáča?

Teraz to vieme : Točí sa takmer presne raz týždenne. Zvláštne je, že je to štyrikrát rýchlejšie ako rotácia povrchu Slnka! Vnútorné strany Slnka sa otáčajú rýchlejšie ako vonkajšie.

Je tu teda čo pokaziť, ale je to celkom cool. Dobre, dobre : Je horúco. Ale správy sú skvelé.

Priblížiť

Tento diagram ukazuje vnútorné vrstvy Slnka a ako sa tlakové vlny (vlny P) odrážajú pod povrchom a cez Slnko, zatiaľ čo gravitačné vlny (vlny G) sa nedostanú z hlbokého vnútra na povrch. . Kredit: ESA; (Chromosféra Slnka založená na obrázku SOHO; kredit: SOHO (ESA a NASA))

Slnko nie je pevná guľa, ale namiesto toho je obrovskou sférou plynu (technicky je to plazma, plyn, v ktorom atómy stratili jeden alebo viac elektrónov; to je skutočne dôležité, ako uvidíme za sekundu). Celkovo je Slnko široké asi 1,4 milióna kilometrov. V strede sú teplota a tlak tak vysoké (15 miliónov stupňov C a stovky) miliarda násobok atmosférického tlaku Zeme na hladine mora!), ktoré do seba vodíkové atómy narazia a zložitým procesom sa spoja v hélium. Tým sa uvoľní veľa energie - a veľa - a preto svieti slnko. Táto energia sa dostáva von zo slnečného vnútra a vyžaruje z povrchu ako svetlo.

call of duty modern warfare rating

Oblasť, kde sa vodík transmogrifikuje na hélium, sa nazýva jadro a je to asi 1/5^thpriemeru Slnka: zhruba 280 000 km široký (na porovnanie o niečo menej ako vzdialenosť od Zeme k Mesiacu). Vieme, že tam je, napriek tomu, že je pochovaný pod pol miliónom kilometrov zúriacej plazmy, kvôli fyzike fungovania Slnka - objav jadrovej fúzie bol obrovským prielomom v chápaní dynamiky Slnka.

Keď sa pozrieme na Slnko zvonku, vidíme, ako sa točí. Aj keď povrch nie je pevný a stále sa mení, existuje niekoľko spôsobov, ako zmerať rýchlosť rotácie: Môžete napríklad sledovať slnečné škvrny a použiť ich ako orientačné body (myslím, že plazmamarky). Keď to urobíte, zistíte, že Slnko sa otáča raz za niekoľko týždňov. Navyše sa otáča vyššou rýchlosťou v rovníku oproti pólom; 25 verzus 35 dní. Diferenciálna rotácia je opäť v tom, že Slnko nie je pevné telo a trochu sa zvažuje.

Ako rýchlo sa však jadro otáča? Toto číslo bolo dlho hľadané a bolo šialene nepolapiteľné. Nová metóda však konečne odhalila odpoveď ... a je to preto, že Slnko vibruje.

Medzi jadrom a povrchom je oblasť Slnka nazývaná konvekčná zóna, kde horúca plazma stúpa a chladná plazma klesá, podobne ako vriaca voda na panvici. Vo vnútri Slnka sa pohybujú hore a dole tisíce týchto plazmatických buniek, ktoré rozrušujú materiál okolo seba. To vytvára tlakovú vlnu, podobnú zvukovej vlne. Keď sa dostanú na povrch Slnka, začnú vibrovať a tieto vibrácie je možné zmerať . Fyzika vĺn je dostatočne známa tým, že vlastnosti týchto vĺn je možné použiť na meranie podmienok vo vnútri Slnka, takže môžeme zistiť, čo sa deje hlboko pod povrchom, bez toho, aby sme to priamo videli. Veda o tomto sa nazýva helioseizmológia .

Problém je v tom, že tieto tlakové vlny (nazývané aj p-vlny ) cestujú pomerne rýchlo hustými oblasťami hlboko vo vnútri Slnka, takže nie sú citlivé na relatívne pomalú rotáciu jadra. Nedajú sa použiť priamo na meranie rýchlosti otáčania jadra.

Ach, ale existuje aj iný typ vlny, nazývaný gravitačná vlna (alebo vlna g, nezamieňajte si ju s gravitačnými vlnami, ktoré sú veľmi odlišné). Je to rovnaký druh vlny, ako keď sa pohybujete vo vani: voda sa tlačí nahor a gravitácia ju sťahuje späť. Voda pri páde naberá rýchlosť a trochu sa prestrelí, ponorí sa a vytvorí žľab medzi hrebeňmi. Tieto hrebene sa stiahnu a tak ďalej, čím sa vytvorí vlna g.

So Slnkom sú tieto vlny generované v jadre, ale nedostávajú sa na povrch, takže ich nemožno merať priamo. Arg!

919 opätovné stretnutie dvojplameňov

Ako sa vlny P pohybujú Slnkom, povrch osciluje, ako ukazuje tento fyzický model pohybu povrchu hore a dole. Kredit: NSO/GONG

Ale počkaj! Tu je riešenie. Ukazuje sa, že keď p-vlny prechádzajú jadrom, materiál pohybujúci sa pod vplyvom g-vĺn s nimi interaguje a mení spôsob, akým sa ním p-vlny pohybujú. Efekt je neskutočne jemný, ale pri starostlivom meraní je to vidieť.

A nakoniec aj bolo , pomocou úctyhodného slnečného a heliosférického observatória ( SOHO ), vesmírne observatórium určené na pozorovanie Slnka. Nástroj na palube SOHO, nazývaný Globálne oscilácie pri nízkych frekvenciách (alebo GOLF ), bol navrhnutý tak, aby sa pozeral na slnečné p-vlny. Astronómovia mohli počas ohromujúcich 16,5 rokov (SOHO zahájených v roku 1995) vidieť jemný vplyv vĺn g na ne. Práve tieto merania naznačujú, že solárne jadro sa otáča oveľa rýchlejšie ako povrch.

Toto je podozrivé už roky a je pekné vidieť to potvrdené. A musím priznať, že hneď ako som to počul, urobil som si duševnú facku. Mal som vedieť, že jadro sa bude otáčať rýchlejšie!

Prečo? Z fyzikálnych teórií si myslíme, že hviezdy sa rýchlo narodia, keď sa narodia. Vidíme to veľa potvrdení aj pozorovaním mladých hviezd. Povrch Slnka sa však otáča iba raz za mesiac. Je to pravdepodobne kvôli jeho magnetickému poľu: silnému magnetizmu generovanému vo vnútri Slnka. Nie je presne známe, kde sa magnetizmus vytvára , ale určite je to nad jadrom, v alebo tesne nad konvekčnou zónou. Veľmi známou vlastnosťou fyziky je, že pohybujúce sa nabité častice vytvárajú magnetické pole, a plazma pohybujúca sa hore a dole v konvekčnej oblasti Slnka to robí práve takto.

Magnetické pole nad povrchom Slnka funguje ako obrovská sieť, zachytáva subatomárne častice emitované zo Slnka a urýchľuje ich, ako rybárska sieť, ktorá zachytáva ryby. Častice sa v magnetickom poli trochu zatlačia. Pretože je magnetizmus ukotvený v materiáli Slnka, funguje to, na miliardy rokov, aby sa spomalila rotácia Slnka .

recenzie kníh pán múch

Magnetické pole však nie je ukotvené v jadre. The vonkajšie vrstvy spomaľujú, ale jadro sa stále môže otáčať rýchlejšie. Trenie to určite spomalí, ale aj po 4,5 miliardách rokov sa bude točiť rýchlejšie ako povrch Slnka - guľôčka plazmy s priemerom takmer 300 000 km má značnú hybnosť. Slnko neštudujem konkrétne, ale toto všetko som vedel a mal som to zvládnuť sám. Nikdy ma to nenapadlo, ale teraz sa to zdá zrejmé. Ach, dobre.

Takže, každopádne, je to celkom šikovné. Nemáme veľa spôsobov, ako študovať jadro Slnka, a teraz máme nový, ktorý vyzerá veľmi sľubne. Rotácia je len jednou z mnohých vlastností jadra, o ktorých sa môžeme pomocou tejto metódy dozvedieť. Je to ako okno, ktoré nám umožňuje vidieť okolo septiliónov ton plazmy na Slnku a získať informácie o nižšie uvedených hĺbkach.

Študovali sme Slnko celé stáročia, ale stále je toho veľa, čo sa o ňom dá dozvedieť! Je veľmi vítané mať k dispozícii nový nástroj na štúdium.