В недрах Солнца есть тончайший слой, от которого во многом зависит космическая погода у Земли, — тахоклин. Это переходная область между внутренней зоной лучистого переноса и внешней конвективной зоной, где скорость вращения вещества резко меняется с глубиной.
Тахоклин считают ключевым элементом «солнечного динамо» — механизма, который создает и усиливает магнитное поле Солнца, запускает вспышки и выбросы плазмы, влияющие на работу спутников, связь, навигацию и безопасность космических полетов. Но почему этот слой настолько тонкий и устойчивый, долгое время оставалось загадкой.
Специалисты Калифорнийского университета в Санта-Крузе приблизились к ответу на этот вопрос. В своей новой работе профессор прикладной математики Николас Браммелл и постдокторант Лорен Матилски показали, как именно магнитное поле помогает сохранять тахоклин таким тонким, а также какую роль подобные слои играют в жизни звезд, похожих на Солнце.
Ученые работают в рамках центра NASA COFFIES, который изучает, как магнитные поля и потоки плазмы внутри и вокруг Солнца формируют космическую погоду. Чтобы воспроизвести поведение тахоклина, команда создала серию продвинутых численных моделей, использовав сотни миллионов часов работы на самом мощном суперкомпьютере NASA. Эти симуляции гораздо лучше, чем прежние, имитируют реальные процессы, происходящие в солнечных недрах.
Результат оказался двусторонним: выяснилось, что тахоклин действительно играет важную роль в усилении крупномасштабного магнитного поля, но и само это поле критично для существования тонкого тахоклина. Магнитные силовые линии помогают «сжимать» и удерживать слой, не давая ему размываться турбулентными потоками. «Рисуется картина, в которой верно и обратное: крупномасштабное магнитное поле может быть одной из ключевых причин того, что тахоклин вообще существует», подчеркивает Матилски.
Новая работа затрагивает и еще один вопрос, давно волновавший ученых — как звезды со временем замедляют свое вращение. Известно, что внешние слои звезды тормозит ее магнитное поле, взаимодействуя с ветром звезды и межзвездной средой. Но как это замедление передается в глубину, к более плотному ядру, было непонятно.
Симуляции показывают, что тахоклин, связанный с недрами тем же самым полем динамо, выступает своего рода передаточным механизмом. Магнитные линии, одновременно удерживающие тонкий слой и пронизывающие внутренние области, «сшивают» внешние и внутренние зоны звезды и позволяют замедлению вращения добраться до зоны лучистого переноса.
Понимание этой тонкой взаимосвязи между вращением, магнитными полями и внутренней структурой звезд важно не только для прогноза космической погоды, которая существенно влияет на Землю. От характера магнитной активности звезды зависят радиационная обстановка, устойчивость атмосферы планет и, наконец, шансы на существование обитаемых миров в других планетных системах.
