Wiry polarne prawdopodobnie istnieją na Słońcu
Jak wskazują naukowcy, podobnie jak Ziemia, Słońce prawdopodobnie posiada wiry polarne. Jednak w przeciwieństwie do naszej planety, powstawanie i ewolucja tych zjawisk są napędzane przez pola magnetyczne.
Badania przeprowadzone przez National Science Foundation National Center for Atmospheric Research (NSF NCAR), opublikowane w Proceedings of the National Academy of Sciences, skupiały się na zrozumieniu magnetyzmu i cyklu słonecznego, co może poprawić zdolność przewidywania przez naukowców destrukcyjnej pogody kosmicznej.
Nowe analizy wskazują również obraz tego, czego naukowcy mogą się spodziewać na biegunach słonecznych podczas przyszłych misji badania tych obszarów i dostarczają informacji, które mogą być przydatne w planowaniu czasu takich misji.
„Nikt nie może powiedzieć na pewno, co dzieje się na biegunach słonecznych. Ale to nowe badanie daje nam intrygujący wgląd w to, czego możemy się spodziewać, gdy po raz pierwszy będziemy w stanie obserwować bieguny słoneczne” – mówi Mausumi Dikpati z NSF NCAR.
Prawdopodobna obecność wirów polarnych na Słońcu nie jest zaskakująca dla badaczy. Te formacje rozwijają się w płynach otaczających obracające się ciało niebieskie z powodu siły Coriolisa i zostały zaobserwowane na większości planet w naszym Układzie Słonecznym.
Na Ziemi wirują one wysoko w atmosferze wokół bieguna północnego i południowego. Gdy wiry polarne są stabilne, utrzymują zimne powietrze na biegunach, ale gdy słabną i stają się niestabilne, pozwalają chłodniejszemu powietrzu przenikać w kierunku równika, co powoduje, że wpływa ono na średnie szerokości geograficzne.
Misja Juno NASA dostarczyła obrazów wirów polarnych na Jowiszu, pokazując osiem ciasno upakowanych wirów wokół północnego bieguna gazowego giganta i pięć wokół południowego. Wiry polarne na Saturnie, widziane przez sondę Cassini NASA, mają sześciokątny kształt na biegunie północnym i bardziej okrągły na południu. Różnice te dostarczają naukowcom wskazówek na temat składu i dynamiki atmosfery każdej z planet.
Wiry polarne zaobserwowano również na Marsie, Wenus, Uranie, Neptunie i księżycu Saturna, Tytanie, więc pod pewnymi względami fakt, że Słońce (również obracające się ciało) miałoby takie cechy, może być oczywisty. Jednak nasza gwiazda zasadniczo różni się od planet i księżyców posiadających atmosferę: „Płyn” plazmowy otaczający Słońce jest magnetyczny.
W jaki sposób magnetyzm może wpływać na powstawanie i ewolucję słonecznych wirów polarnych – lub czy w ogóle powstają – jest tajemnicą dla badaczy, ponieważ ludzkość nigdy nie wysłała misji w kosmos w celu obserwacji biegunów słonecznych. W rzeczywistości obserwacje Słońca ograniczają się do widoku jego tarczy skierowanej w stronę Ziemi i dają jedynie wskazówki na temat tego, co może dziać się na biegunach.
Ponieważ nigdy nie obserwowaliśmy biegunów naszej gwiazdy, naukowcy polegali na modelach komputerowych, aby wypełnić puste pola dotyczące tego, jak mogą wyglądać wiry polarne na tym ciele niebieskim. Astronomowie odkryli, że Słońce prawdopodobnie rzeczywiście ma unikalny wzór wirów polarnych, który ewoluuje wraz z postępem cyklu słonecznego i zależy od jego siły.
W symulacjach ciasny pierścień wirów polarnych tworzy się na około 55 stopniach szerokości geograficznej – odpowiedniku ziemskiego koła podbiegunowego – w tym samym czasie, gdy rozpoczyna się zjawisko znane jako „pęd do biegunów”.
W maksimum każdego cyklu słonecznego pole magnetyczne na biegunach zanika i jest zastępowane przez pole magnetyczne o przeciwnej biegunowości. Odwrócenie to jest poprzedzone „pędem do biegunów”, gdy pole o przeciwnej biegunowości zaczyna przemieszczać się od około 55 stopni szerokości geograficznej w kierunku biegunów.
Po utworzeniu wiry polarne kierują się w stronę biegunów w zacieśniającym się pierścieniu, zrzucając wiry w miarę zamykania się okręgu, ostatecznie pozostawiając tylko parę wirów bezpośrednio przylegających do biegunów, zanim całkowicie znikną w maksimum słonecznym. Liczba tworzących się wirów i ich konfiguracja podczas przemieszczania się w kierunku biegunów zmienia się wraz z siłą cyklu słonecznego.
Symulacje, jak tłumaczą naukowcy, stanowią brakujący element układanki dotyczącej zachowania pola magnetycznego Słońca w pobliżu biegunów i mogą pomóc odpowiedzieć na niektóre pytania dotyczące cykli słonecznych. Na przykład w przeszłości wielu naukowców wykorzystywało siłę pola magnetycznego, które „pędzi do biegunów” jako wskaźnik tego, jak silny może być nadchodzący cykl słoneczny. Ale mechanizm, w jaki sposób te rzeczy mogą się łączyć, jeśli w ogóle, nie jest jasny.
Symulacje oferują również informacje, które można wykorzystać do planowania przyszłych misji obserwacji Słońca. Wyniki wskazują, że pewna forma wirów polarnych powinna być obserwowalna we wszystkich częściach cyklu słonecznego, z wyjątkiem maksimum słonecznego.
Solar Orbiter, wspólna misja NASA i Europejskiej Agencji Kosmicznej (ESA), może dać astronomom pierwsze spojrzenie na bieguny słoneczne, ale pierwsze spojrzenie będzie blisko maksimum słonecznego. Autorzy zauważają, że misja zaprojektowana w celu obserwacji biegunów i zapewnienia naukowcom wielu jednoczesnych punktów widzenia Słońca może pomóc odpowiedzieć na wiele długo utrzymywanych pytań dotyczących pól magnetycznych Słońca.
Oprac. EG
