Вісник Астрономічної школи, 2019, том 15, № 2, с. 25–32

https://doi.org/10.18372/2411-6602.15.05
Завантажити PDF
УДК 523.98

Генерація тороїдального магнітного поля в променистій зоні Сонця і чергування амплітуди магнітних циклів

Криводубський В.Н.

Астрономічна обсерваторія Київського національного університету імені Тараса Шевченка, 04053, м. Київ, вул. Обсерваторна, 3

Реферат

Проведено аналіз процесів перебудови глибинного тороїдального магнітного поля, яке збуджується радіальним диференційним обертанням в стабільній променистій зоні, заповненій первинним (реліктовим) полоїдальним магнітним полем. Згідно з даними геліосейсмологічних експериментів про внутрішнє обертання Сонця, радіальний градієнт кутової швидкості охоплює шари променевої зони глибше сонячної конвективної зони (СКЗ). Ми вважаємо, що цей радіальний градієнт кутової швидкості діє на первинне полоїдальне поле дипольного типу і тим самим збуджує тороїдальне поле (Ω-ефект) постійного в часі спрямування, яке в міру його наростання буде виноситися із зони генерації вгору внаслідок магнітної плавучості. Із умови стаціонарності, коли Ω-ефект компенсує втрати поля, зумовлені магнітною плавучістю, нами виведено формулу для оцінки максимального значення стаціонарного тороїдального поля, яке впродовж тривалого часу може утримуватися в променистій зоні. Якщо взяти до уваги інтенсивність реліктового радіального поля в променистій зоні Br≈ 0,1...10 Гс, то визначений із геліосейсмологічних вимірювань радіальний градієнт кутової швидкості (∂Ω/∂r ≈ 7⋅10-18 рад/с⋅см) здатний згенерувати досить сильне глибинне тороїдальне магнітне поле BT≈106...108 Гс. Тороїдальні поля, величина яких переважає зазначені стаціонарні значення, внаслідок магнітної плавучості поступово виносяться із променистої зони у вище розміщені шари СКЗ, де працює механізм αΩ-динамо. З огляду на це, сумарне тороїдальне поле в СКЗ буде складатися з двох компонент: змінної і стаціонарної. Перше магнітна компонента збуджується процесом динамо і тому вона змінює свій напрям (полярність) з періодом 11 років. Водночас друга компонента постійного спрямування, що проникає в СКЗ знизу із променистої зони, не може бути причиною циклічності. Однак ця компонента буде впливати на амплітуду сусідніх циклів сонячної активності. В одному циклі сумарне тороїдальне поле, коли напрями двох компонент поля співпадають, матиме більшу інтенсивність, ніж в сусідньому циклі, коли напрями цих компонент протилежні. Оскільки інтенсивність плямоутворення визначається спливанням на сонячну поверхню сумарного тороїдального поля, то в кінцевому підсумку це мусить приводити до спостереженого чергування амплітуд сусідніх 11-річних циклів сонячної активності.

Ключові слова: Сонце; промениста зона; реліктове магнітне поле; геліосейсмологічні експерименти; внутрішнє обертання; магнітна плавучість; конвективна зона; турбулентне динамо; 11-річний цикл сонячної активності

Перелік посилань

  1. Волошин М.Б., Высоцкий М.И., Окунь Л.Б. Электродинамика нейтрино и возможные следствия для солнечных нейтрино // ЖЭТФ. – 1986. – Т. 91. – С.754–765.
  2. Лихачев Г.Г., Студеникин А.И. Осцилляции нейтрино в магнитном поле Солнца, сверхновых и нейтронных звезд // ЖЭТФ. – 1995. – Т. 108. – С.769–782.
  3. Дворников М.С. Сильные магнитные поля в физике нейтрино, космологии и астрофизике: диссертация на соискание ученой степени докт. физ.-мат. наук. – М.: ИЗМИРАН, 2017. – 254 с.
  4. Пудовкин М.И., Беневоленская Е.Е. Квазистационарное первичное магнитное поле Солнца и вариации интенсивности солнечного цикла // Письма в Астрон журн. – 1982. – Т. 8, № 8. – С.506–509.
  5. Пудовкин М.И., Беневоленская Е.Е. Моделирование 22-летнего цикла солнечной активности в рамках теории динамо с учетом первичного поля // Астрон журн. – 1984. – Т. 61, № 4. – С.783–788.
  6. Boyer D.W., Levy E.H. Oscillating dynamo magnetic field in the presence of the external nondynamo field. The influence of a solar primordial field // Astrophys. J. – 1984. – Vol. 277, No. 2. – P.848–861. https://doi.org/10.1086/161755
  7. Fan Y. Magnetic fields in the solar convection zone // Living Rev. Solar Phys. – 2009. – Vol. 6, No. 4. – P.1–96. https://doi.org/10.12942/lrsp-2009-4
  8. Parker E.N. Cosmical Magnetic Fields. – Oxford: Clarendon Press, 1979.
  9. Вайнштейн С.И., Зельдович Я.Б., Рузмайкин А.А. Турбулентное динамо в астрофизике. – М.: Наука, 1980. – 352 с.
  10. Krause F., Rädler K.-H. Mean Field Magnetohydrodynamics and Dynamo Theory. – Oxford: Pergamon Press, Ltd., 1980. – 271 p.
  11. Zeldovich Ya.B., Ruzmaikin A.A., Sokoloff D.D. Magnetic Fields in Astrophysics. – New York: Gordon and Breach, 1983. – 381 p.
  12. Turner H.H. Note on the alternation of the eleven-year solar cycle // MNRAS. – 1925. – Vol. 85. – P.467–471. https://doi.org/10.1093/mnras/85.5.467
  13. Гневышев М.Н., Оль А.И. О 22-летнем цикле солнечной активности // Астрон. журн. – 1948. – Т. 25, № 1. – С.18–20.
  14. Wilson R.M. Bimodality and the Hale cycle // Solar Phys. – 1988. – Vol. 117, No. 2. – P.269–278. https://doi.org/10.1007/bf00147248
  15. Тарбеева С.М., Семикоз В.Б., Соколов Д.Д. Магнитное поле в зоне лучистого переноса и цикл солнечной активности // Астрон. журн. – 2011. – Т. 88, № 5. – С.496–502.
  16. Gavryuseva E.A., Gavryusev V.G., di Mauro M.P. Internal rotation of the Sun as inferred from GONG observations // Astron. Letters. – 2000. – Vol. 26, No. 4. – P.261–267. https://doi.org/10.1134/1.20390
  17. Hanasoge S., Miesch M.S., Roth M., Schou J., Schüssler M., Thompson M.J. Solar dynamics, rotation, convection and overshoot // Space Sci. Rev. – 2015. – Vol. 196, Iss. 1–4. – P.79–99. https://doi.org/10.1007/s11214-015-0144-0
  18. Schou J., Christensen-Dalsgaard J., Thompson M.J. The resolving power of current helioseismic inversions for the Sun's // Astrophys. J. – 1992. – Vol. 385. – P.L59–L62. https://doi.org/10.1086/186277
  19. Schou J., Antia H.M., Basu S., et al. Helioseismic studies of differential rotation in the solar envelope by the Solar Oscillations Investigation using the Michelson Doppler Imager // Astrophys. J. – 1998. – Vol. 505. – P.390–417. https://doi.org/10.1086/306146
  20. Howe R. Solar interior rotation and its variation // Living Rev. Solar Phys. – 2009. – Vol. 6. – P.1–75. https://doi.org/10.12942/lrsp-2009-1
  21. Krivodubskij V.N. Turbulent dynamo near tachocline and reconstruction of azimuthal magnetic field in the solar convection zone // Astron. Nachrichten. – 2005. – Vol. 326, No. 1. – P.61–74. https://doi.org/10.1002/asna.200310340
  22. Cowling T.G. Solar Electrodynamics // In: The Sun, ed. G.P. Kuiper. – Chicago: The University of Chicago Press, 1953. – 532 p.
  23. Guenther D.B., Demarque P., Kim Y.-C., Pinsonneault M.H. Standard solar model // Astrophys. J. – 1992. – Vol. 387. – P.372–393. https://doi.org/10.1086/171090
  24. Stenflo J.O. Cycle patterns of the axisymmetric magnetic field // In: Solar Surface Magnetism, eds. R.J.Rutten and C.J.Shrijver. – Dordrech: Kluwer Academic Publishers, 1994. – 365 p. https://doi.org/10.1007/978-94-011-1188-1_31
  25. Dudorov A.E., Krivodubskij V.N., Ruzmaikina T.V., Ruzmaikin A.A. The internal large-scale magnetic field of the Sun // Soviet Astronomy. – 1989. – Vol. 33, No. 4. – P.420–426.
  26. Dziembowski W.A., Goode P.R. The toroidal magnetic field inside the Sun // Astrophys. J. – 1989. – Vol. 347. – P.540–550. https://doi.org/10.1086/168144
  27. Antia H.M., Chitre S.M., Thompson M.J. On variation of the latitudinal structure of the solar convection zone // Astron. Astrophys. – 2003. – Vol. 399. – P.329–336. https://doi.org/10.1051/0004-6361:20021760
  28. Hiremath K.M., Gokhale M.H. “Steady” and “fluctuating” parts of the Sun's internal magnetic field: improved model // Astrophys. J. – 1995. – 448. – P.437–443.
  29. Соловьев А.А., Киричек Е.А. Диффузная теория солнечного магнитного цикла. – Элиста – Санкт-Петербург: Изд-во Калмыцкого ГУ, 2004. – 182 с.
  30. Монин А.С. Солнечный цикл. – Ленинград: Гидрометеоиздат, 1980. – 68 с.
  31. Krivodubskij V.N. The structure of the global solar magnetic field excited by the turbulent dynamo mechanism // Astronomy Reports. – 2001. – Vol. 45, No. 9. – P.738–745. https://doi.org/10.1134/1.1398923
  32. Kryvodubskyj V.N. Dynamo parameters of the solar convection zone // Kinematics Phys. Celestial Bodies. – 2006. – Vol. 22, No. 1. – P.1–20.

Завантажити PDF