Nowy model fizyczny potwierdza hipotezę planetarną.
Naukowcy z Helmholtz-Zentrum Drezno-Rossendorf (HZDR) i Uniwersytet Łotewski zaproponowali pierwsze kompleksowe fizyczne wyjaśnienie różnych cykli aktywności Słońca. Identyfikują wirowe prądy na Słońcu, zwane falami Rossby’ego, jako mediatory pomiędzy wpływami pływowymi WenusZiemia i Jupiter i aktywność magnetyczna Słońca. Badania te przedstawiają spójny model cykli słonecznych o różnej długości i stanowią mocny argument potwierdzający wcześniej kontrowersyjną hipotezę planetarną. Wyniki opublikowano w czasopiśmie Fizyka Słońca.
Chociaż Słońce, będąc blisko nas, jest najlepiej zbadaną gwiazdą, wiele pytań dotyczących jego fizyki nie zostało jeszcze w pełni wyjaśnionych. Należą do nich rytmiczne wahania aktywności słonecznej. Najbardziej znanym z nich jest to, że słońce osiąga maksimum promieniowania średnio co jedenaście lat – co eksperci nazywają cyklem Schwabe. Ten cykl aktywności ma miejsce, ponieważ pole magnetyczne Słońca zmienia się w tym okresie i ostatecznie odwraca polaryzację. To samo w sobie nie jest niczym niezwykłym w przypadku gwiazdy – gdyby nie fakt, że cykl Schwabe jest wyjątkowo stabilny.
Na cykl Schwabe nakładają się inne, mniej oczywiste wahania aktywności trwające od kilkuset dni do kilkuset lat, z których każdy nosi nazwy odkrywców. Chociaż podejmowano już różne próby wyjaśnienia tych cykli i obliczeń matematycznych, nadal nie istnieje kompleksowy model fizyczny.
Planety wyznaczają rytm
Od kilku lat dr Frank Stefani z Instytutu Dynamiki Płynów HZDR jest zwolennikiem „hipotezy planet”, ponieważ jest jasne, że grawitacja planet wywiera na Słońce efekt pływowy podobny do wpływu Księżyca na Ziemię . Efekt ten jest najsilniejszy co 11,07 roku: zawsze, gdy trzy planety Wenus, Ziemia i Jowisz ustawiają się w jednej linii ze Słońcem w szczególnie uderzającą linię, porównywalną do wiosennego przypływu na Ziemi, gdy księżyc jest w nowiu lub w pełni. Zbiega się to wyraźnie z cyklem Schwabe.
Pole magnetyczne Słońca powstaje w wyniku złożonych ruchów elementów przewodzących prąd elektryczny osocze wewnątrz słońca. „Można o tym myśleć jak o gigantycznym dynamo. Chociaż to dynamo słoneczne samo w sobie generuje około 11-letni cykl aktywności, uważamy, że wpływ planet interweniuje następnie w działanie tego dynama, wielokrotnie lekko go popychając, wymuszając w ten sposób niezwykle stabilny rytm 11,07 lat na słońce” – wyjaśnia Stefani.
Kilka lat temu on i jego współpracownicy odkryli w dostępnych danych obserwacyjnych mocne dowody na tego rodzaju taktowany proces. Udało im się także powiązać różne cykle słoneczne z ruchem planet, korzystając wyłącznie z metod matematycznych. Początkowo jednak korelacji nie można było dostatecznie wyjaśnić fizycznie.
Fale Rossby’ego na słońcu działają jako pośrednicy
„Teraz znaleźliśmy podstawowy mechanizm fizyczny. Wiemy, ile energii potrzeba do synchronizacji dynama i wiemy, że energia ta może zostać przekazana słońcu za pomocą tzw. fal Rossby’ego. Wspaniałą rzeczą jest to, że możemy teraz nie tylko wyjaśnić cykl Schwabe i dłuższe cykle słoneczne, ale także krótsze cykle Riegera, których wcześniej nawet nie rozważaliśmy” – mówi Stefani.
Fale Rossby’ego to prądy wirowe na Słońcu, podobne do ruchów fal na dużą skalę w atmosferze ziemskiej, które kontrolują układy wysokiego i niskiego ciśnienia. Naukowcy obliczyli, że siły pływowe podczas wiosennych przypływów dwóch z każdej z trzech planet Wenus, Ziemi i Jowisza miały dokładnie odpowiednie właściwości, aby aktywować fale Rossby’ego – odkrycie to miało wiele konsekwencji: po pierwsze, te fale Rossby’ego osiągały następnie wystarczająco duże prędkości, aby nadać dynamo słonecznemu niezbędny impuls; po drugie, dzieje się to co 118, 193 i 299 dni, zgodnie z cyklami Riegera obserwowanymi na Słońcu. I po trzecie, na tej podstawie można obliczyć wszystkie dodatkowe cykle słoneczne.
Wszystkie cykle wyjaśnione jednym modelem
W tym miejscu wkracza matematyka: nałożenie trzech krótkich cykli Riegera automatycznie tworzy wyraźny cykl Schwabe trwający 11,07 lat. Model przewiduje nawet długoterminowe wahania słońca, ponieważ ruch słońca wokół środka ciężkości Układu Słonecznego powoduje tak zwany okres dudnienia wynoszący 193 lata, na podstawie cyklu Schwabe. Odpowiada to rządowi wielkości innego zaobserwowanego cyklu, cyklu Suess-de Vries.
W tym kontekście naukowcy odkryli imponującą korelację między obliczonym okresem 193 lat a okresowymi wahaniami danych klimatycznych. To kolejny mocny argument na rzecz hipotezy planetarnej, ponieważ „trudno wyjaśnić ostry szczyt Suess-de Vries w wieku 193 lat bez stabilności fazowej w cyklu Schwabe, która występuje tylko w procesie taktowanym” – szacuje Stefani.
Czy to oznacza, że wreszcie znaleziono odpowiedź na pytanie, czy Słońce podąża za rytmem planet? Stefani mówi: „Prawdopodobnie będziemy mieli 100% pewności dopiero, gdy będziemy mieli więcej danych. Jednak argumenty przemawiające za procesem sterowanym przez planety są teraz bardzo mocne”.
Odniesienie: „Rieger, Schwabe, Suess-de Vries: The Sunny Beats of Resonance” F. Stefani, GM Horstmann, M. Klevs, G. Mamatsashvili i T. Weier, 19 kwietnia 2024 r., Fizyka Słońca.
DOI: 10.1007/s11207-024-02295-x
