Почему Солнце вращается с разной скоростью в разных местах своей поверхности?

Вопреки законам механики жидкостей, огромный огненный шар в нашем небе очень эксцентрично себя ведет, говорят ученые — на разных широтах его поверхность вращается с разной скоростью, что прямо противоречит Теореме Тейлора-Праудмена. По ней скорость жидкости должна быть одинаковой вдоль любой линии, параллельной оси вращения.

Однако, на нашем светиле это так не работает: как показывает гелиосейсмология, полный оборот поверхности на экваторе занимает на 10 земных дней меньше, чем на полюсах — 24 и 34 дня соответственно. Ученые дали этому явлению название — дифференциальное вращение, но озадачивать оно их не перестало.

Более того, новые исследования только усугубляли ситуацию, добавляя загадок: оказалось, что это явление не ограничивается верхними слоями, в недрах Солнца на глубине до 200 тысяч километров происходит то же самое, затрагивая всю зону солнечной конвекции.

Наконец, команда астрофизиков, специализирующихся на Солнце, из Института исследований Солнечной системы Макса Планка (Германия) предложила ключ к разгадке. По мнению ученых, разница во вращении контролируется колебаниями звуковых волн в зоне конвекции, которые возникают во время вспышек и выбросов плазмы.

Это акустическое «сопровождение» становится постоянным и его даже можно наблюдать на поверхности в виде вихрей вокруг полюсов. Исследование с результатами моделирования опубликовано в Science Advances.

Ученые, исследующие Солнце, знают, что наше светило постоянно «гудит» — с помощью современной аппаратуры, в том числе со спутников, были зафиксированы миллионы мод (частот) акустических колебаний в фотосфере звезды. Было известно, что они нарастают и спадают периодами примерно в 5 минут.

Также несколько лет назад был обнаружен другой тип акустических колебаний с гораздо более долгим периодом в 27 дней. Ученые предположили, что эти звуковые волны с глобальным режимом колебаний, пробегающие по Солнцу, каким-то образом зависят от дифференциального вращения.

Команда астрофизика Юто Бекки тщательно рассмотрела эту гипотезу — они провели трехмерное численное моделирование, исследуя эффекты колебаний. И обнаружили, что связь здесь обоюдная — эти гигантские звуковые волны тоже глубоко влияют на дифферинциальное вращение.

Как оказалось, моды акустических колебаний в высоких широтах Солнца огибают полюса и «гонят» тепло от них к экватору. Такой перенос от более горячих полюсов в экваториальную область ограничивает возможную разницу температур между этими двумя широтами — она не может быть больше 7 Кельвинов (7 градусов Цельсия). Разница для шара раскаленной плазмы откровенно незначительная, говорят эксперты. Но именно этот температурный диапазон в итоге управляет дифференциальным вращением.

«Эта очень небольшая разница температур между полюсами и экватором управляет балансом угловых моментов на Солнце и, таким образом, является важным механизмом обратной связи для глобальной динамики Солнца», — объясняет Лоран Гизон, директор Института исследований Солнечной системы Макса Планка.

Авторы сравнивают эти процессы на Солнце с тем, как атмосферные нестабильности на Земле могут провоцировать гигантские циклонические штормы. Связь между этими явлениями может помочь до конца понять феномен нашей звезды и разгадать еще одну ее загадку. Эксперты считают, что подобная картина может наблюдаться и на других звездах, похожих на наше Солнце.