Невидимые реки Солнца: что скрывается под активными областями

Солнце кажется нам спокойным и неизменным, но под его видимой поверхностью бурлят сложные потоки плазмы. Учёные из Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова изучили, как движется вещество в окрестностях крупной активной области на Солнце — региона с сильными магнитными полями, где рождаются вспышки.

Активная область NOAA 11158 наблюдалась в феврале 2011 года и запомнилась учёным сложной многополярной структурой, вращающимися пятнами и мощными выбросами плазмы. Авторы проанализировали данные, полученные методами гелиосейсмологии — своеобразного «просвечивания» Солнца акустическими волнами — на глубинах от 0,5 до 19 тысяч километров под фотосферой. Дополнительно использовались измерения скорости вещества на самой видимой поверхности: горизонтальные скорости определялись методом локального корреляционного трассирования по оптическим снимкам, а вертикальные — по доплеровскому сдвигу спектральных линий.

Одна из ключевых проблем гелиосейсмологии связана с так называемым эффектом перекрестных помех. Из-за него вертикальные скорости в приповерхностных слоях часто определяются неверно, иногда даже с противоположным знаком. Чтобы обойти это ограничение, авторы вычислили вертикальные скорости через уравнение непрерывности — иными словами, восстановили их по расходимости горизонтальных потоков, которые измеряются гораздо надёжнее. Такой подход позволил устранить противоречия в картине течений.

Выяснилось, что в центрах супергранул — крупных конвективных ячеек размером в десятки тысяч километров — вещество поднимается вверх, а по краям опускается. Это соответствует классическим представлениям о солнечной конвекции. Под солнечными пятнами обнаружилась более тонкая структура: на глубинах от 0,5 до 6 тысяч километров появились кольцеобразные образования, из которых плазма растекается внутрь и наружу, а внутри колец вещество опускается вниз. По мнению авторов, эти структуры имеют конвективную природу и схожи с теми, что ранее описывались в окрестностях одиночных пятен.

Отдельный интерес представляет анализ корреляции между вертикальными скоростями и расходимостью горизонтальных потоков. Коэффициент корреляции между этими величинами оказался весьма чувствительным к состоянию активной области. Учёные выделили три этапа эволюции течений: спокойное состояние, формирование потоков и стабилизировавшиеся быстрые течения. В спокойный период на глубине около 8,5 тысячи километров обнаружился минимум корреляции. Исследователи предполагают, что именно на таких глубинах проходит нижняя граница слоя супергрануляции, где происходит смена масштабов упорядоченности течений — от супергрануляционных к гигантским. Когда в области зародились быстрые потоки, этот минимум исчез, а корреляция на данных глубинах заметно возросла.

Работа показывает, что даже грубые, основанные на ряде допущений расчёты позволяют выявить тонкую структуру подфотосферных течений, которую трудно различить при прямых гелиосейсмологических инверсиях. В дальнейшем авторы планируют распространить исследование на другие активные области и спокойные участки Солнца, чтобы понять, насколько широко распространены обнаруженные кольцеобразные структуры и как они связаны с динамикой солнечных пятен.

Исследование опубликовано в журнале «Солнечно-земная физика»

Изображение на обложке: разработано Magnific