[图]结合SDO十年数据和建模 天文学家揭示了太阳“低音”的秘密

结合美国宇航局太阳动力学观测站(SDO)的十年数据和相关的数值建模,天文学家近日揭示了太阳发出“深沉低音”的秘密。科学家们利用计算机模型表明,新发现的振荡是共振模式,其存在主要受到太阳的差异性旋转影响。这些振荡将有助于建立探测太阳内部的新方法,并获得有关我们恒星内部结构和动态的信息。

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科学家们在《Astronomy & Astrophysics》杂志上描述了他们的发现。

20 世纪 60 年代,太阳的“高音”首次被发现。数以百万计的声学振荡模式周期很短,接近 5 分钟,被太阳表面附近的对流湍流所激发,并被困于太阳内部。20 世纪 90 年代,这些5分钟的振荡一直被地面望远镜和空间观测站持续观测,并被太阳地震学家非常成功地用来了解我们恒星的内部结构和动力学。

除了 5 分钟的振荡外,40 多年前就有人预测恒星中存在更长周期的振荡,但直到现在才在太阳上发现。这项新研究的主要作者、MPS 主任 Laurent Gizon说:“长周期振荡取决于太阳的旋转;它们在本质上不是声学。检测太阳的长周期振荡需要对太阳表面的水平运动进行多年的测量。SDO 上的太阳地震和磁力成像仪(HMI)的连续观测非常适合这一目的”。

该小组观察到了许多数十种振荡模式,每一种都有自己的振荡周期和空间依赖性。一些振荡模式的最大速度在两极,一些在中纬度,一些在赤道附近。在赤道附近具有最大速度的模式是罗斯比模式(Rossby modes),该团队在 2018 年已经确定了这些模式。

来自 MPS 的梁志超(Zhi-Chao Liang,音译)表示:“长周期振荡表现为太阳表面非常缓慢的漩涡运动,速度大约为每小时5公里--大约是一个人走路的速度”。来自 NSO 的 Kiran Jain 与来自 MPS 的 B. Lekshmi 和 Bastian Proxauf 一起,用全球振荡网络组(GONG)的数据证实了这些结果,该网络由美国、澳大利亚、印度、西班牙和智利的六个太阳观测站组成。

为了确定这些振荡的性质,该小组将观测数据与计算机模型进行了比较。MPS 研究生 Yuto Bekki 解释说:“这些模型使我们能够看到太阳内部的情况,并确定振荡的全部三维结构”。为了获得模型振荡,研究小组从一个从日震学推断出来的太阳结构和微分旋转的模型开始。此外,模型中还考虑了上层对流驱动的强度,以及湍流运动的振幅。该模型的自由振荡是通过考虑太阳模型的小振幅扰动而发现的。表面的相应速度与观察到的振荡很匹配,并使研究小组能够识别这些模式。

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