Omprövning av solens cykler: Ny fysikalisk modell förstärker planetarisk hypotes

by Albert
Solen närmar sig för närvarande återigen en maximal aktivitet i den 11-åriga "Schwabe-cykeln", här en Solar Orbiter-bild från oktober 2023. Kredit: ESA & NASA/Solar Orbiter/EUI Team

Forskare vid Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) och Lettlands universitet har presenterat den första heltäckande fysikaliska förklaringen till solens olika aktivitetscykler. Den identifierar virvelformade strömmar på solen, så kallade Rossby-vågor, som förmedlare mellan tidvattenpåverkan från Venus, jorden och Jupiter och solens magnetiska aktivitet.

Forskarna presenterar därför en konsekvent modell för solcykler av olika längd – och ytterligare ett starkt argument för att stödja den tidigare kontroversiella planetära hypotesen. Resultaten har nu publicerats i tidskriften Solar Physics.

Även om solen, som är nära oss, är den bäst undersökta stjärnan, finns det många frågor om dess fysik som ännu inte har fått ett fullständigt svar. Till dessa hör de rytmiska svängningarna i solaktiviteten. Den mest kända av dessa är att solen i genomsnitt når ett strålningsmaximum vart elfte år – något som experter kallar Schwabe-cykeln.

Denna aktivitetscykel uppstår eftersom solens magnetfält förändras under denna period och så småningom vänder polariteten. Detta är i sig inte ovanligt för en stjärna – om det inte vore för att Schwabe-cykeln är anmärkningsvärt stabil.

Schwabe-cykeln överlagras av andra, mindre uppenbara fluktuationer i aktivitet som sträcker sig från några hundra dagar till flera hundra år, var och en uppkallad efter sina upptäckare. Även om det redan har gjorts olika försök att förklara dessa cykler och matematiska beräkningar, finns det fortfarande ingen heltäckande fysisk modell.

Planeterna anger rytmen

Dr Frank Stefani vid HZDR:s institut för strömningsdynamik har under flera år förespråkat ”planethypotesen” eftersom det är uppenbart att planeternas gravitation utövar en tidvatteneffekt på solen, liknande den som månen har på jorden. Denna effekt är som starkast vart 11,07 år: när de tre planeterna Venus, Jorden och Jupiter är i linje med solen i en särskilt slående linje, jämförbar med ett vårflod på jorden när det är ny- eller fullmåne. Detta sammanfaller på ett iögonfallande sätt med Schwabe-cykeln.

Solens magnetfält bildas av komplexa rörelser i det elektriskt ledande plasmat inuti solen. ”Man kan se det som en gigantisk dynamo. Även om denna soldynamo i sig själv genererar en cirka 11-årig aktivitetscykel, tror vi att planeternas inflytande sedan griper in i dynamons funktion och upprepade gånger ger den en liten knuff och på så sätt tvingar fram den ovanligt stabila 11,07-åriga rytmen på solen”, förklarar Stefani.

För flera år sedan upptäckte han och hans kollegor starka bevis för en klockad process av detta slag i de tillgängliga observationsdata. De kunde också korrelera olika solcykler med planeternas rörelser enbart med hjälp av matematiska metoder. Till en början kunde korrelationen dock inte förklaras tillräckligt fysikaliskt.

Rossby-vågor på solen fungerar som mellanhänder

”Nu har vi hittat den underliggande fysikaliska mekanismen. Vi vet hur mycket energi som krävs för att synkronisera dynamon, och vi vet att denna energi kan överföras till solen genom så kallade Rossby-vågor. Det fantastiska är att vi nu inte bara kan förklara Schwabe-cykeln och de längre solcyklerna utan även de kortare Rieger-cyklerna som vi inte ens hade tänkt på tidigare”, säger Stefani.

Rossbyvågor är virvelformade strömmar på solen som liknar de storskaliga vågrörelserna i jordens atmosfär som styr hög- och lågtryckssystem.

Forskarna beräknade att tidvattenkrafterna under vårfloden på två av var och en av de tre planeterna Venus, jorden och Jupiter hade exakt rätt egenskaper för att aktivera Rossbyvågor – en insikt med många konsekvenser.

För det första uppnår dessa Rossby-vågor sedan tillräckligt höga hastigheter för att ge soldynamon den nödvändiga drivkraften. För det andra sker detta var 118:e, 193:e och 299:e dag i enlighet med de Rieger-cykler som har observerats på solen. Och för det tredje kan alla ytterligare solcykler beräknas på denna grund.

Alla cykler förklaras med en enda modell

Det är här matematiken kommer in i bilden: Överlagringen av de tre korta Rieger-cyklerna ger automatiskt den framträdande Schwabe-cykeln på 11,07 år. Och modellen förutsäger till och med solens långsiktiga fluktuationer eftersom solens rörelse runt solsystemets tyngdpunkt orsakar en så kallad beatperiod på 193 år på grundval av Schwabe-cykeln.

Detta motsvarar storleksordningen för en annan cykel som har observerats, Suess-de Vries-cykeln.

I detta sammanhang upptäckte forskarna en imponerande korrelation mellan den 193-årsperiod som hade beräknats och periodiska fluktuationer i klimatdata. Detta är ytterligare ett robust argument för den planetära hypotesen eftersom ”den skarpa Suess-de Vries-toppen vid 193 år knappast kan förklaras utan fasstabilitet i Schwabe-cykeln, som bara finns i en klockad process”, uppskattar Stefani.

Betyder detta att frågan om huruvida solen följer planeternas takt äntligen har besvarats? Stefani säger: ”Vi kommer förmodligen att vara 100 procent säkra först när vi har mer data. Men argumenten för en process som klockas av planeterna är nu mycket starka.”

Ytterligare information: F. Stefani et al, Rieger, Schwabe, Suess-de Vries: The Sunny Beats of Resonance, Solar Physics (2024). DOI: 10.1007/s11207-024-02295-x

Related Articles

Leave a Comment