MIT ve diğer kurumlardaki araştırmacılar, güneşin manyetik alanının, geleneksel olarak düşünüldüğü gibi derinlerdekilerden ziyade, en dış katmanlarındaki dengesizliklerden kaynaklanabileceğini öne sürüyorlar. Modelleri, güneşin en üstteki yüzde 5 ila 10’luk kısmındaki tedirginliklerin gerçekçi manyetik modeller oluşturabileceğini, önceki inançlara meydan okuyabileceğini ve potansiyel olarak güneş aktivitesi tahminlerini iyileştirebileceğini gösteriyor. Kredi bilgileri: SciTechDaily.com
Bilim adamlarının uzay havasını tahmin etmelerine yardımcı olabilecek şaşırtıcı yeni bulgulara göre, güneş lekeleri ve patlamalar gibi güneş olayları sığ bir manyetik alanın ürünü olabilir.
Güneş’in yüzeyi, dinamo eylemi olarak bilinen bir mekanizma tarafından oluşturulan güneş manyetik alanının ürünleri olan güneş lekeleri ve parlamalarla göz kamaştırıyor. Geleneksel olarak astrofizikçiler bu manyetik alanın yıldızın derinliklerinde oluştuğuna inanıyorlardı. Ancak tarafından yapılan bir çalışma MİT bu olguların aslında çok daha yüzeysel bir süreçle şekillenmiş olabileceğini öne sürüyor.
Bugün (22 Mayıs) dergide yayınlandı DoğaMIT, Edinburgh Üniversitesi ve diğer kurumlardan ekiplerin yürüttüğü araştırma, güneşin en dış katmanlarındaki dengesizliklerin manyetik alanından sorumlu olabileceğini öne sürüyor.
Güneş yüzeyinin ayrıntılı bir modelini geliştirerek ve güneşteki çeşitli bozuklukları simüle ederek plazma Araştırmacılar, Güneş’in üst yüzde 5 ila 10’luk kısmındaki akışta, bu yüzey değişikliklerinin gökbilimciler tarafından gözlemlenenlere çok benzeyen manyetik alan desenleri oluşturabileceğini keşfettiler. Tersine, güneşin daha derin katmanlarına ilişkin simülasyonlar, güneş aktivitesinin daha az doğru tasvirlerini verdi.
Sığ Manyetik Alanlar
Bulgular, güneş lekelerinin ve patlamaların, bilim adamlarının büyük ölçüde varsaydığı gibi, güneşin daha derinlerinden kaynaklanan bir alan yerine, sığ bir manyetik alanın ürünü olabileceğini öne sürüyor.
Araştırma bilimcisi Keaton Burns, “Güneşe baktığımızda gördüğümüz, son güneş tutulması sırasında birçok insanın gördüğü korona, güneş lekeleri ve güneş patlamaları gibi özelliklerin tümü güneşin manyetik alanıyla ilişkilidir” diyor. MIT Matematik Bölümü. “Güneşin yüzeyine yakın, daha derin katmanlardan uzakta izole edilmiş tedirginliklerin zamanla büyüyüp potansiyel olarak gördüğümüz manyetik yapıları üretebileceğini gösteriyoruz.”
Eğer güneşin manyetik alanı gerçekten de en dış katmanlarından kaynaklanıyorsa, bu durum bilim adamlarına uydulara ve telekomünikasyon sistemlerine zarar verme potansiyeline sahip patlamaları ve jeomanyetik fırtınaları tahmin etme konusunda daha iyi bir şans verebilir.
Edinburg Üniversitesi’nden bir araştırmacı olan ortak yazar Geoffrey Vasil, “Dinamo’nun birçok karmaşık etkileşimli parçaya sahip dev bir saat gibi davrandığını biliyoruz” diyor. “Fakat parçaların çoğunu veya bunların birbirine nasıl uyduğunu bilmiyoruz. Güneş dinamosunun nasıl başladığına dair bu yeni fikir, onu anlamak ve tahmin etmek için çok önemli.”
Çalışmanın ortak yazarları arasında Daniel Lecoanet ve Kyle Augustson da yer alıyor. kuzeybatı ÜniversitesiBates College’dan Jeffrey Oishi, Boulder’daki Colorado Üniversitesi’nden Benjamin Brown ve Keith Julien ve Santa Cruz’daki California Üniversitesi’nden Nicholas Brummell.
Konveksiyon Bölgesi Dinamiği
Güneş, yüzeyinde kaynayan, beyaz-sıcak bir plazma topudur. Bu kaynama bölgesine “konveksiyon bölgesi” denir; burada plazma katmanları ve tüyleri hareket eder ve akar. Konveksiyon bölgesi güneş yarıçapının üst üçte birini kapsıyor ve yüzeyin yaklaşık 200.000 kilometre altına kadar uzanıyor.
Burns, “Bir dinamoyu nasıl çalıştıracağınıza ilişkin temel fikirlerden biri, diğer plazmanın yanından geçen çok sayıda plazmanın olduğu ve kesme hareketinin kinetik enerjiyi manyetik enerjiye dönüştürdüğü bir bölgeye ihtiyaç duymanızdır” diye açıklıyor. “İnsanlar güneşin manyetik alanının konveksiyon bölgesinin en altındaki hareketler tarafından yaratıldığını düşünmüştü.”
Güneş’in manyetik alanının tam olarak nereden kaynaklandığını belirlemek için diğer bilim insanları, güneşin iç kısmındaki birçok katman boyunca plazma akışını çözmeye çalışmak amacıyla büyük üç boyutlu simülasyonlar kullandılar. Burns, “Bu simülasyonlar, ulusal süper bilgi işlem tesislerinde milyonlarca saat çalışmayı gerektiriyor, ancak ürettikleri şey hala gerçek güneş kadar çalkantılı değil” diyor.
Burns ve meslektaşları, güneşin tüm gövdesi boyunca karmaşık plazma akışını simüle etmek yerine, yüzeye yakın plazma akışının stabilitesini incelemenin dinamo sürecinin kökenlerini açıklamak için yeterli olup olmayacağını merak ettiler.
Bu fikri araştırmak için ekip ilk olarak bilim adamlarının yüzeyin altındaki plazmanın ortalama yapısını ve akışını belirlemek için güneşin yüzeyinde gözlemlenen titreşimleri kullandığı “heliosismoloji” alanındaki verileri kullandı.
Burns, “Bir davulun videosunu çekerseniz ve ağır çekimde nasıl titreştiğini izlerseniz, titreşim modlarından davul kafasının şeklini ve sertliğini hesaplayabilirsiniz” diyor. “Benzer şekilde, içerideki ortalama yapıyı anlamak için güneş yüzeyinde gördüğümüz titreşimleri kullanabiliriz.”
Güneş Soğanı
Yeni çalışmaları için araştırmacılar, heliosismik gözlemlerden güneşin yapısına ilişkin modeller topladılar. Burns, “Bu ortalama akışlar, farklı plazma katmanlarının birbirinin yanından geçtiği bir soğana benziyor” diye açıklıyor. “Sonra şunu soruyoruz: Plazma akışında bu ortalama yapının üzerine ekleyebileceğimiz ve güneşin manyetik alanına neden olacak şekilde büyüyebilecek düzensizlikler veya küçük değişiklikler var mı?”
Bu tür kalıpları aramak için ekip, Burns’ün geliştirdiği ve birçok türde sıvı akışını yüksek hassasiyetle simüle edebilen sayısal bir çerçeve olan Dedalus Projesi’nden yararlandı. Kod, bireysel hücrelerin içindeki dinamiklerin modellenmesinden okyanus ve atmosferik dolaşımlara kadar çok çeşitli problemlere uygulandı.
Burns, “Çalışma arkadaşlarım yıllardır güneş manyetizması sorunu üzerinde düşünüyor ve Dedalus’un yetenekleri artık bu sorunu çözebileceğimiz noktaya ulaştı” diyor.
Ekip, güneşin ortalama yüzey akışlarında kendi kendini güçlendiren değişiklikleri bulmak için Dedalus’a dahil ettikleri algoritmalar geliştirdi. Algoritma, büyüyebilecek ve gerçekçi güneş aktivitesine yol açabilecek yeni modeller keşfetti. Ekip özellikle, 1612’de Galileo’dan bu yana gökbilimciler tarafından gözlemlenen güneş lekelerinin konumları ve zaman çizelgeleriyle eşleşen desenler buldu.
Güneş lekeleri, güneşin manyetik alanı tarafından şekillendirildiği düşünülen, güneşin yüzeyindeki geçici oluşumlardır. Bu nispeten daha soğuk bölgeler, güneşin beyaz-sıcak yüzeyinin geri kalanına göre karanlık noktalar olarak görünüyor. Gökbilimciler, güneş lekelerinin döngüsel bir düzende meydana geldiğini, her 11 yılda bir büyüyüp uzaklaştığını ve genellikle kutuplara yakın olmak yerine ekvatorun etrafında çekildiğini uzun süredir gözlemlemekteydi.
Ekibin simülasyonlarında, güneşin yüzey katmanlarının yalnızca yüzde 5 ila 10’luk üst kısmındaki plazma akışındaki belirli değişikliklerin, aynı bölgelerde manyetik yapılar oluşturmak için yeterli olduğunu buldular. Buna karşılık, daha derin katmanlardaki değişiklikler, ekvatora yakın olmaktan ziyade kutuplara yakın yoğunlaşan daha az gerçekçi güneş alanları üretir.
Ekip, yüzeye yakın akış düzenlerine daha yakından bakmak konusunda motive oldu; çünkü oradaki koşullar, tamamen farklı sistemlerdeki kararsız plazma akışlarına benziyordu: kara deliklerin etrafındaki birikim diskleri. Birikme diskleri, belirli bir noktaya doğru dönen devasa gaz ve yıldız tozu diskleridir. Kara delikAkışta türbülans oluşturan ve akışın içe doğru düşmesine neden olan “manyetorotasyonel dengesizlik” tarafından yönlendirilir.
Burns ve meslektaşları, güneşte de benzer bir olgunun söz konusu olduğundan ve güneşin en dış katmanlarındaki manyeto-dönme dengesizliğinin, güneşin manyetik alanını oluşturmanın ilk adımı olabileceğinden şüpheleniyorlardı.
Tartışmalı Bulgular ve Devam Eden Araştırmalar
“Bu sonucun tartışmalı olabileceğini düşünüyorum” dedi. “Topluluğun çoğu güneşin derinliklerinde dinamo aksiyonu bulmaya odaklandı. Şimdi gözlemlerle daha iyi eşleşen farklı bir mekanizmanın olduğunu gösteriyoruz.” Burns, ekibin yeni yüzey alanı desenlerinin bireysel güneş lekeleri ve 11 yıllık güneş döngüsünün tamamını oluşturup oluşturamayacağı üzerinde çalışmaya devam ettiğini söylüyor.
Referans: “Güneş dinamosu yüzeye yakın bir yerde başlıyor” 22 Mayıs 2024, Doğa.
DOI: 10.1038/s41586-024-07315-1
Bu araştırma kısmen aşağıdakiler tarafından desteklenmiştir: NASA.