Tien jaar gegevens van NASA’s Solar Dynamics Observatory gecombineerd met numerieke modellen onthullen de diepe muzieknoten van de zon – ScienceDaily

In de jaren zestig werden de luide muzieknoten van de zon ontdekt: de zon rinkelt als een klok. Miljoenen akoestische oscillatiepatronen van korte duur, bijna 5 minuten, worden beïnvloed door thermische turbulentie nabij het zonneoppervlak en worden vastgehouden in het binnenste van de zon. Deze oscillaties van 5 minuten zijn sinds het midden van de jaren negentig continu waargenomen door telescopen op de grond en ruimteobservatoria, en seismologen hebben ze met groot succes gebruikt om meer te weten te komen over de interne structuur en dynamiek van onze ster – net zoals seismologen leren over het interieur van de aarde door aardbevingen te bestuderen. Een van de triomfen van de heliowetenschap is om de rotatie van de zon in kaart te brengen als een functie van diepte en breedtegraad (zonnedifferentiële rotatie).

Naast de 5 minuten durende oscillaties werden meer dan 40 jaar geleden veel langere oscillaties verwacht in sterren, maar deze zijn nog niet geïdentificeerd op de zon. “Langdurige oscillaties zijn afhankelijk van de rotatie van de zon; ze zijn niet akoestisch van aard”, zegt Laurent Gizon, hoofdauteur van de nieuwe studie en directeur bij MPS. “Het detecteren van lange oscillaties van de zon vereist metingen van horizontale bewegingen op het oppervlak van de zon gedurende vele jaren. Continue waarnemingen van de HMI aan boord van de SDO zijn hiervoor ideaal.”

Het team observeerde verschillende oscillatiepatronen, elk met zijn eigen oscillatieperiode en ruimtelijke afhankelijkheid. Sommige oscillatiepatronen hebben maximale snelheid aan de polen, sommige op de middelste breedtegraden en sommige in de buurt van de evenaar. De patronen met maximale snelheden nabij de evenaar zijn Rossby-modi, die het team al in 2018 identificeerde. “De langeafstandsoscillaties manifesteren zich als zeer langzame vortexbewegingen op het oppervlak van de zon met snelheden van ongeveer 5 kilometer per uur – ongeveer de snelheid waarmee iemand loopt”, zegt Zhi-Chao Liang van MPS. NSO’s Kiran Jain, samen met B. Lekshmi en Bastian Proxauf van MPS, bevestigden de resultaten met gegevens van de Global Oscillation Network Group (GONG), een netwerk van zes zonne-observatoria in de VS, Australië, India, Spanje en Chili.

Om de aard van deze oscillaties te bepalen, vergeleek het team de observatiegegevens met computermodellen. “Met de modellen kunnen we in de zon kijken en de volledige driedimensionale structuur van de trillingen bepalen”, legt Yuto Becki uit, een afgestudeerde student aan het MPS College. Om een ​​model van de oscillaties te krijgen, begon het team met een model van de structuur en differentiële rotatie van de zon, afgeleid van zonneseismologie. Daarnaast wordt de convectieve drijvende kracht in de bovenste lagen, de amplitude van turbulente bewegingen in het model, berekend. De vrije oscillaties van het model worden gevonden door rekening te houden met de kleine amplitudeverstoringen van het zonnemodel. Overeenkomstige snelheden op het oppervlak passen goed bij de waargenomen oscillaties en stellen het team in staat om de modi te bepalen.

“Al deze nieuwe oscillaties die we op de zon waarnemen, worden sterk beïnvloed door de differentiële rotatie van de zon”, zegt MPS-wetenschapper Damien Fournier. De afhankelijkheid van de zonnerotatie met de breedtegraad bepaalt waar de modi maximale amplitude hebben. “Schommelingen zijn ook gevoelig voor de eigenschappen van het binnenste van de zon: met name voor de kracht van turbulente bewegingen en de bijbehorende viscositeit van het zonnemedium, evenals voor de kracht van convectieve aandrijving”, zegt Robert Cameron van MPS. Deze gevoeligheid is sterk aan de basis van de convectiezone, ongeveer tweehonderdduizend kilometer onder het oppervlak van de zon. “Net zoals we akoestische oscillaties gebruiken om te leren over de geluidssnelheid in het binnenste van de zon met behulp van helioscience, kunnen we oscillaties op lange afstand gebruiken om meer te weten te komen over turbulente processen”, voegt hij eraan toe.

“De ontdekking van een nieuw type zonne-oscillatie is erg opwindend omdat het ons in staat stelt om eigenschappen af ​​te leiden, zoals convectieve aandrijfkracht, die uiteindelijk de zonnedynamo regelen”, zegt Laurent Gizon. Het diagnostische potentieel van lange-periode-modi zal de komende jaren volledig worden gerealiseerd met behulp van een nieuw computermodel van Exascale dat wordt ontwikkeld als onderdeel van het WHOLESUN-project, ondersteund door de European Research Council Synergy Grant 2018.

Bron verhaal:

Materiaal Introductie van Max Planck Instituut voor onderzoek naar het zonnestelsel. Opmerking: inhoud kan worden aangepast aan stijl en lengte.