Нове моделювання Сонця пояснює його дивну поведінку: чи зможемо ми тепер передбачати спалахи

Що з'ясували вчені й чому це так важливо?

Наприкінці 1980-х років науковці відкрили геліосейсмологію – метод, що дозволяє вивчати надра Сонця за допомогою звукових хвиль, які резонують усередині нього. Саме так був виявлений тахоклін – надзвичайно тонкий, але динамічний шар, що, як вважалося, відіграє ключову роль у керуванні магнітними властивостями нашої зорі, пише 24 Канал з посиланням на The Astrophysical Journal Letters.

Тахоклін є своєрідним кордоном, що розділяє дві фундаментально різні зони Сонця:

• Під ним розташована промениста зона, яка охоплює внутрішні 70% радіуса зірки та обертається як єдине тверде тіло.
• Над ним лежить конвективна зона – зовнішні 30% радіуса, що обертаються з різною швидкістю, подібно до рідини чи газу.

Саме на межі цих двох зон, у тахокліні, виникають колосальні зсуви швидкостей, які, на думку вчених, є рушійною силою для "сонячного динамо" – фізичного процесу, що генерує потужні магнітні поля.

Для нас на Землі цей процес має величезне значення. Магнітні поля Сонця провокують сонячні спалахи та корональні викиди маси – потужні вибухи, здатні виводити з ладу глобальні енергосистеми та супутники. Надійне прогнозування таких подій неможливе без точного моделювання сонячних надр, а особливо – тахокліну.

Протягом десятиліть головною загадкою залишалося питання: чому цей шар такий тонкий? Згідно з розрахунками, різноманітні фізичні процеси мали б з часом розширювати його. Це математичне та фізичне протиріччя не вдавалося розв'язати.

Як проводили дослідження?

Прорив здійснила команда дослідників з Каліфорнійського університету в Санта-Крусі під керівництвом Лорена Матілскі. Вони створили перші самоузгоджені моделі сонячних надр, які спонтанно відтворюють тахоклін. Для цього знадобилося 15 місяців роботи та десятки мільйонів годин обчислень на найпотужнішому суперкомп'ютері NASA "Pleiades", пише Phys.org.

Учені провели серію надзвичайно складних і масштабних симуляцій, які вони самі назвали "геройськими розрахунками". На відміну від попередніх спроб, нова модель змогла правильно розставити пріоритети між фізичними процесами, що впливають на сонячне динамо. Це було складно через величезний діапазон масштабів – від десятків метрів до мільйонів кілометрів.

Результат здивував навіть самих дослідників. Модель, що імітувала взаємодію конвективної та променистої зон, самостійно, без спеціальних налаштувань, сформувала тонкий тахоклін.

Внутрішня пунктирна лінія на цьому моделюванні показує тахоклін / Фото The Astrophysical Journal Letters/Loren I. Matilsky

Виявилося, що саме магнітні поля, які генеруються сонячним динамо в конвективній зоні, утримують тахоклін від розширення. Це вказує на синергічний зв'язок: тахоклін необхідний для роботи динамо, а динамо, своєю чергою, підтримує існування тахокліну в його тонкій формі.

Це відкриття не лише наближає нас до розуміння нашої зорі, але й допомагає вивчати магнітну активність інших зірок, що може бути вирішальним фактором для підтвердження чи спростування факту існування життя на екзопланетах.