Zonnefysici over de hele wereld zijn al lang op zoek naar bevredigende verklaringen voor de vele cyclische, overlappende activiteitsfluctuaties. Naast de meest bekende, ongeveer 11-jarige "Schwabe-cyclus", de zon vertoont ook langere schommelingen, variërend van honderden tot duizenden jaren. Het volgt, bijvoorbeeld, de "Gleissberg-cyclus" (ongeveer 85 jaar), de "Suess-de Vries-cyclus" (ongeveer 200 jaar) en de quasi-cyclus van "Bond-evenementen" (ongeveer 1500 jaar), elk genoemd naar hun ontdekkers. Het staat buiten kijf dat het magnetische veld van de zon deze activiteitsfluctuaties regelt.

Verklaringen en modellen in deskundige kringen lopen deels uiteen over de vraag waarom het magnetische veld überhaupt verandert. Wordt de zon extern gestuurd of ligt de reden voor de vele cycli in bijzondere eigenaardigheden van de zonnedynamo zelf? HZDR-onderzoeker Frank Stefani en zijn collega's zoeken al jaren naar antwoorden, vooral op de zeer controversiële vraag of de planeten een rol spelen bij zonneactiviteit.

Rozetvormige beweging van de zon kan een cyclus van 193 jaar opleveren

De onderzoekers hebben recentelijk de baanbeweging van de zon nader bekeken. De zon blijft niet gefixeerd in het centrum van het zonnestelsel:hij voert een soort dans uit in het gemeenschappelijke zwaartekrachtveld met de massieve planeten Jupiter en Saturnus - met een snelheid van 19,86 jaar. We weten van de aarde dat ronddraaien in zijn baan kleine bewegingen in de vloeibare kern van de aarde veroorzaakt. Iets soortgelijks gebeurt ook in de zon, maar dit is tot dusver verwaarloosd met betrekking tot zijn magnetische veld.

De onderzoekers kwamen op het idee dat een deel van het baanmomentum van de zon kan worden overgedragen naar de rotatie ervan en zo het interne dynamoproces dat het magnetische veld van de zon produceert, kan beïnvloeden. Een dergelijke koppeling zou voldoende zijn om de uiterst gevoelige magnetische opslagcapaciteit van de tachocline te veranderen, een overgangsgebied tussen verschillende soorten energietransport in het binnenste van de zon. "De opgerolde magnetische velden zouden dan gemakkelijker aan het oppervlak van de zon kunnen vastklikken, ' zegt Stefanie.

De onderzoekers integreerden zo'n ritmische verstoring van de tachocline in hun eerdere modelberekeningen van een typische zonnedynamo, en ze waren dus in staat om verschillende cyclische verschijnselen te reproduceren die bekend waren uit waarnemingen. Het meest opmerkelijke was dat, naast de 11.07-jarige Schwabe-cyclus die ze al in eerder werk hadden gemodelleerd, de sterkte van het magnetische veld veranderde nu ook met een snelheid van 193 jaar - dit zou de Suess-de Vries-cyclus van de zon kunnen zijn, waarvan uit waarnemingen is gerapporteerd dat het 180 tot 230 jaar oud is. wiskundig, de 193 jaar ontstaan ​​als wat bekend staat als een slagperiode tussen de 19,86-jarige cyclus en de tweevoudige Schwabe-cyclus, ook wel de Hale-cyclus genoemd. De Suess-de Vries-cyclus zou dus het resultaat zijn van een combinatie van twee externe "klokken":de getijdenkrachten van de planeten en de eigen beweging van de zon in het zwaartekrachtveld van het zonnestelsel.

Planeten als metronoom

Voor de 11,07-jarige cyclus, Stefani en zijn onderzoekers hadden eerder sterk statistisch bewijs gevonden dat het een externe klok moet volgen. Ze koppelden deze "klok" aan de getijdenkrachten van de planeten Venus, Aarde en Jupiter. Hun effect is het grootst als de planeten op één lijn staan:een sterrenbeeld dat elke 11,07 jaar voorkomt. Wat betreft de 193-jarige cyclus, ook hier was een gevoelig fysiek effect doorslaggevend om een ​​voldoende effect van de zwakke getijdenkrachten van de planeten op de zonnedynamo teweeg te brengen.

Na aanvankelijke scepsis tegenover de planetaire hypothese, Stefani gaat er nu van uit dat deze verbanden niet toevallig zijn. "Als de zon ons hier voor de gek hield, dan zou het met ongelooflijke perfectie zijn. Of, in feite, we hebben een eerste vermoeden van een compleet beeld van de korte en lange cycli van zonneactiviteit." de huidige resultaten bevestigen ook met terugwerkende kracht dat de 11-jarige cyclus een getimed proces moet zijn. Anders, het optreden van een beatperiode zou wiskundig onmogelijk zijn.

Omslaan in chaos:instortingen van 1000-2000 jaar zijn niet nauwkeuriger voorspelbaar

Naast de vrij kortere activiteitscycli, de zon vertoont ook langetermijntrends in het bereik van duizend jaar. Deze worden gekenmerkt door langdurige verminderde activiteit, bekend als "minima", zoals het meest recente "Maunder Minimum", die plaatsvonden tussen 1645 en 1715 tijdens de "Kleine IJstijd". Door de waargenomen minima statistisch te analyseren, konden de onderzoekers aantonen dat dit geen cyclische processen zijn, maar dat hun optreden met tussenpozen van ongeveer één tot tweeduizend jaar een wiskundig willekeurig proces volgt.

Om dit in een model te verifiëren, de onderzoekers breidden hun simulaties van zonnedynamo's uit naar een langere periode van 30, 000 jaar. In feite, naast de kortere cycli, er waren onregelmatige, plotselinge dalingen in magnetische activiteit elke 1000 tot 2000 jaar. "We zien in onze simulaties hoe een noord-zuid asymmetrie ontstaat, die uiteindelijk te sterk wordt en niet meer synchroon loopt totdat alles instort. Het systeem raakt in chaos en het duurt even voordat het weer synchroon loopt, ", zegt Stefani. Maar dit resultaat betekent ook dat zonneactiviteit op zeer lange termijn wordt voorspeld, bijvoorbeeld om invloed op klimaatontwikkelingen te bepalen - zijn bijna onmogelijk.