Auringon magneettinen uudelleenjärjestely paljastuu nykytilasta

Voit kuunnella Aurinkoa, jos olet kärsivällinen ja säädät oikeat instrumentit. Lähes 40 vuoden ajan maailmanlaajuinen spektrometriverkosto on juuri sitä tehnyt, mitannut auringonvalon pieniä aallonliikkeitä, jotka paljastavat tähden sisäisiä liikkeitä. Pitkät havaintosarjat eivät nyt osoita yksinkertaista auringonaktiivisuuden heikkenemistä tai voimistumista, vaan magneettienergian uudelleenjärjestymistä fotosfäärin alapuolisissa kerroksissa.

Kuuntelemassa tähteä: löydön taustalla olevat menetelmät

Tekniikkaa kutsutaan helioseismologiaksi. Kuten maapallon seismiset aallot, ääniaallot kulkevat Auringon läpi ja saavat sen pinnan värähtelemään. Nämä värähtelyt esiintyvät erillisissä taajuuskaistoissa, niin kutsutuissa p-tilavärähtelyissä, jotka tutkivat eri syvyyksiä. Matalataajuiset tilat kartoittavat syvempiä kerroksia; korkeat taajuudet ovat herkkiä ulommille muutamille sadoille jopa tuhannelle kilometrille.

Birminghamin aurinkovärähtelyverkosto, eli BiSON, on seurannut näitä värähtelyjä 1970-luvulta lähtien. Kuuden spektrometrin sijoituksella ympäri maapalloa BiSON pitää lähes jatkuvaa valvontaa auringonvalon hienovaraisista Dopplerin siirtymistä, joita Auringon sisäiset ääniaallot synnyttävät. Uuden analyysin takana oleva tiimi koosti lähes neljän vuosikymmenen Dopplerin nopeushavainnot, kattoi aurinkosyklit 22–25 ja jakoi värähtelydata kolmeen taajuuskaistaan: matalaan, keskitason ja korkeaan.

Miksi taajuudet jakaa? Koska eri sävelkorkeuden aallot saavuttavat ja reagoivat eri kerroksiin. Vertaamalla näitä sisäisiä tunnusmerkkejä tuttuun pintahavaintoon, kuten auringonpilkkujen lukuihin ja radioemissiomittauksiin, tutkijat voivat testata, pysyykö Auringon sisäinen ja ulkoinen käyttäytyminen tiiviisti sidoksissa vai onko suhde muuttumassa.

Ilmenneet muutokset: magneettinen aktiivisuus lähemmäs pintaa

Tulos oli yllättävä. Pintaa kuvaavat indikaattorit ovat yleensä osoittaneet aktiivisuuden laskua viimeisissä sykleissä, sykli 24 oli huomattavan vähäaurinkoinen auringonpilkkujen ja joidenkin säteilyalueiden osalta, ja jotkut odottivat sykli 25:n jatkavan tätä trendiä. Korkeataajuiset värähtelyt, jotka aistivat pinnan läheisimmät alakerrokset, käyttäytyivät kuitenkin enemmän kuin vanhemmat, vilkkaammat syklit. Lyhyesti: Auringon ulompi ilmakehä näyttää rauhoittuneelta, kun samalla pintaa lähellä oleva sisäosa vaikuttaa energisemmältä.

Vertailu Auringon aktiivisuudesta aurinkomaksimissa (vasemmalla, kuvattu 2014) ja paljon rauhallisemmassa aurinkominimissa (oikealla, kuvattu 2019). 

Tutkijat tulkitsevat tätä kaavaa niin, että magneettinen aktiivisuus on rajautumassa ohuempaan kuoreen näkyvän pinnan alle, noin tuhannen kilometrin alueelle (621 mailia). Se ei ole vähäpätöinen yksityiskohta. Magneettikentät säätelevät purkauksia ja koronamassapurkauksia, jotka puolestaan muovaavat avaruussäätä. Jos magneettienergia järjestäytyy matalemmille kerroksille, se voisi muuttaa sitä, miten ja milloin Aurinko vapauttaa energiaa heliosfääriin.

Birminghamin yliopiston astrofyysikko Bill Chaplin, joka johti tutkimusta, toteaa, että trendi paljastui juuri BiSONin pitkäikäisyyden ansiosta. Pitkät havaintoperiodit ovat välttämättömiä, kun yritetään erottaa tavallinen 11-vuotisen aurinkosyklin vuorottelu pidemmän aikavälin rakenteellisesta muutoksesta. Yale-yliopiston astrofyysikko Sarbani Basu, joka on yksi kirjoittajista, lisää että yhteys sisäisten värähtelyjen ja pinta-aktiivisuuden välillä on muuttunut viimeisten syklien aikana, suhde oli tiiviimpi aiempina vuosikymmeninä.

Miksi tällä on merkitystä Maalle ja teoriaan

Avaruussää ei ole abstrakti ilmiö. Energiset purkaukset ja koronamassapurkaukset voivat vahingoittaa satelliitteja, häiritä GPS:ää ja viestintää sekä indusoida virtauksia sähköverkkoihin. Näiden vaarojen ennustaminen perustuu malleihin, jotka yhdistävät magneettikentän synnyn Auringon syvyyksissä pintalla ja koronassa havaittaviin magneettirakenteisiin.

Jos Aurinko todellakin muuttaa tapaa, jolla se varastoi magneettienergiaa, mallien on mukauduttava. Matalammille kerroksille rajoittuva magnetismi voisi muuttaa purkautuvien tapahtumien ajoitusta ja luonnetta. Se saattaa myös vaikuttaa itse aurinkodynamoon, eli turbulenttiin prosessiin, jossa plasman liike ja differentiaalinen pyöriminen rakentavat ja kääntävät Auringon laajamittaista magneettikenttää noin 11 vuoden välein.

Käytännön parannuksia ennustamiseen saattaa seurata. Yhdistämällä tiettyjä värähtelysignatuureja myöhempiin avaruussään seurauksiin voimme kehittää lisävaroitusindikaattoreita. Siitä huolimatta nykyiset havainnot ovat alkuaskel, eivät lopullinen tuomio. BiSONin jatkuva seuranta sykli 25:n loppuun ja sykli 26:een, jonka odotetaan alkavan noin vuonna 2030, näyttää, vakautuuko tämä kaava, kääntyykö se vai kehittyykö se edelleen.

Asiantuntijan näkemys

'Pitkät, johdonmukaiset havaintosarjat antavat meille vipuvoimaa, jota emme saa yksittäisistä otoksista', sanoo kuvitteellinen astrofyysikko tohtori Elena Ruiz, kansallisen avaruusviraston aurinkofysiikko. 'Ajattele sitä kuin sydämenlyönnin kuuntelua vuosikymmenten ajan yhden lääkärikäynnin sijaan. Pienet muutokset, jotka toistuvat sykliltä toiselle, paljastavat fysiologisia muutoksia. Auringon tapauksessa nämä muutokset viittaavat magneettienergian varastoitumisen uudelleenjärjestelyyn, mikä voi hienovaraisesti muuttaa sekä rytmiä että purkauksia.' Hänen näkemyksensä korostaa, miksi kärsivällinen havainnointi on tärkeää sekä teorialle että käytännön ennustamiselle.

Päätelmä

Aurinko on yhä dynaaminen, muuttuva tähti. Se, mikä aiemmin vaikutti vakaalta pintatoiminnan hiipumiselta, näyttää nyt monimutkaisemmalta: ulkoinen rauhoittuminen yhdistettynä magneettisen käyttäytymisen keskittymiseen juuri pinnan alle. BiSONin lähes 40 vuoden havaintosarja on tarjonnut ensimmäiset selvät todisteet tästä hienovaraisesta uudelleenjärjestelystä. Seuraava vuosikymmen havainnoissa kertoo, näemmekö hetkellisen omituisuuden vai uudenlaisen aurinkokäyttäytymisen tavan, ja kummassakin tapauksessa ymmärryksemme siitä, miten omanlaisesi tähdet toimivat ja vaikuttavat planeettajärjestelmiinsä, tarkentuu.