Гелиосейсмология

5 минутные осцилляции

Достаточно давно известно, что элементы солнечной поверхности осциллируют, то есть периодически движутся вверх и вниз с характерным временем около 5 минут. Природа и источник этих пятиминутных осцилляций оставались загадкой долгие годы с момента их открытия в 1962 году. На приведенном выше рисунке осциллирующие элементы на поверхности Солнца можно наблюдать как области красного и синего цвета, где синие области имеют движение, направленное к наблюдателю, а красные области - движение от наблюдателя. Хорошо видно, что и красный и синий сигналы наиболее четко выражены в центре солнечного диска и затухают по краям. Это прямое указание на то, что вектор скорости осцилляций практически вертикален, то есть вещество поднимается и опускается вдоль солнечного радиуса. Ниже привелен фильм (3.7Mb MPEG), на котором можно наблюдать картину осцилляций в течение достаточно длительного времени, составляющего несколько часов.

P мода колебаний

Загадочный источник пятиминутных колебаний был сначала установлен путем теоретических рассуждений в 1970 году, а зачтем подтвержден наблюдательно в 1975 году. Осцилляции, которые мы видим на поверхности Солнца, вызываются звуковыми волнами, которые генерируются и удерживаются внутри Солнца. Эти звуковые волны производятся в турбулентной конвективной зоне Солнца в результате флуктуаций газового давления. При распространении волн наружу они отражаются от поверхности Солнца (то есть от фотосферы), где плотность газа и его давление быстро уменьшаются. Отраженные волны движутся обратно внутрь Солнца и по ряду причин (связанных с ростом температуры и увеличением скорости звука) могут преломляться и возвращаться к поверхности, где снова отражаются. В результате часть звуковых волн, возбуждаемых в конвективной зоне, оказывается заперта в некотором слое под солнечной поверхностью и начинает раскачивать эту поверхность, вызывая ее колебания. Результаты теоретического моделирования этих колебаний демонстрирует следующий фильм (3.7 Mb MPEG).

Так как формирование звуковых волн связано с изменением газового давления в турбулентном слое, то данный режим колебаний называется P-модой колебаний солнечной поверхности.

Гелиосейсмология

Звуковые волны, возбуждаемые в турбулентном слое, и колебания поверхности, которые они производят, могут быть использованы для тестирования внутреннего строения Солнца (более точно - строения его верхних подповерхностных слоев). Этот способ аналогичен способу исследования внутреннего строения Земли путем регистрации сейсмических звуковых волн, возникающих во время землетрясений. Свойства солнечных звуковых волн используются для определения температуры, плотности и состава внутренних слоев Солнца, а также для исследования их движений. Пример такого исследования демонстрирует приведенный выше рисунок. На нем показано движение вещества внутри Солнца вдоль одного разреза. Красные участки показывают слои с высокой скоростью вращения, а синие - с низкой. Хорошо видно, что различие в скорости вращения экваториальных и полярных областей существует только вблизи солнечной поверхности и исчезает вблизи основания конвективной зоны, показанного пунктирной линией. 

© ТЕСИС: www.tesis.lebedev.ru