Dzięki heliosejsmologii wiadomo, iż powierzchnia Słońca obraca się wolniej niż wnętrze gwiazdy. Tempo rotacji Słońca różni się w różnych odległościach od równika (na równiku – szybciej, na biegunach – wolniej) oraz w zależności od odległości od jądra. Wiadomo o tym od dawna, ale brakuje powszechnie zaakceptowanego wyjaśnienia. Dodatkowo, dotychczasowe badania heliosejsmologiczne miały względnie niską rozdzielczość na poziomie 2000 km.

Naukowcy z USA i Brazylii przeprowadzili nowe obserwacje tego zjawiska z dużą rozdzielczością i zaproponowali wyjaśnienie dla różnicy w tempie obrotu.

Jeff Kuhn z University of Hawaii w Pukalani (USA) wraz ze swoim zespołem przeanalizował obrazy zewnętrznego brzegu Słońca uzyskiwane przez ponad 3,5 lata przy pomocy kosmicznego obserwatorium Solar Dynamics Observatory, należącego do NASA. Aby sprawdzić różne głębokości w fotosferze (półprzezroczystej warstwie grubej na 500 km), badacze użyli zdjęć wykonanych w różnych długościach fali. Dla każdej z długości fali - odpowiadającej nieco innej głębokości w fotosferze - mierzono fale na brzegu słonecznego dysku, aby ustalić tempo rotacji.

„Można te pomiary porównać do obserwowania fal na oceanie w prądach oceanicznych i zmierzenie na podstawie ruchu fal prędkości prądu oceanicznego” - wyjaśnia Jeff Kuhn.

Naukowcy badali 150 km zewnętrznej części fotosfery z dokładnością do 10 km. Analiza fal poruszających się w zewnętrznych warstwach Słońca potwierdziła różnice w tempie obrotu i pokazała, że 70 km warstwa obraca się wolniej niż warstwy niższe.

Naukowcy opracowali model teoretyczny wyjaśniający uzyskane dane. Zaproponowali, iż to fotony wypromieniowywane z tej warstwy zabierają moment pędu, powodując spowalnianie. Tego typu efekt powinien zachodzić we wszystkich gwiazdach, a im większa gwiazda, tym mógłby być większy.

Według modelu zespołu Kuhna fotony tworzone w jądrze Słońca rozprzestrzeniają się w stronę warstw wyższych, gdzie plazma jest mniej gęsta, porusza się szybciej i poddana jest turbulentnej konwekcji. Fotony oddziałują z tą plazmą i wymieniają z nią moment pędu. We wnętrzu Słońca fotony rozpraszają się tak często, że tracą tyle momentu pędu ile uzyskują, ale w fotosferze, gdy foton wydostanie się ze Słońca, plazma ostatecznie traci troszkę momentu pędu w sytuacji, gdy foton zostaje wypromieniowany poza Słońce. W efekcie plazma spowalnia swój obrót. Proces ten jest najbardziej efektywny na obrzeżach Słońca, gdzie gęstość plazmy jest najmniejsza. Obliczenia wskazują, że tempo rotacji fotosfery dla tego modelu jest dość zgodne z obserwacjami.

Wyniki badań opublikowano w czasopiśmie „Physical Review Letters”. (PAP)

cza/ jjj/