Een van de grote vragen in de zonnefysica is waarom de activiteit van de zon een regelmatige cyclus van 11 jaar volgt. Onderzoekers van het Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR), een onafhankelijk Duits onderzoeksinstituut, nu nieuwe bevindingen presenteren, wat aangeeft dat de getijdenkrachten van Venus, Aarde en Jupiter beïnvloeden het zonnemagneetveld, dus de zonnecyclus beheersen. Het team van onderzoekers presenteert hun bevindingen in het tijdschrift Zonnefysica .

In principe, het is niet ongebruikelijk dat de magnetische activiteit van een ster als de zon een cyclische oscillatie ondergaat. En toch zijn eerdere modellen niet in staat geweest om de zeer regelmatige cyclus van de zon adequaat te verklaren. Het HZDR-onderzoeksteam is er nu in geslaagd aan te tonen dat de planetaire getijdenkrachten op de zon werken als een buitenste klok, en zijn de beslissende factor achter het vaste ritme. Om dit resultaat te bereiken, de wetenschappers systematisch historische waarnemingen van zonneactiviteit van de laatste duizend jaar vergeleken met planetaire sterrenbeelden, statistisch bewijzen dat de twee fenomenen met elkaar verbonden zijn. "Er is een verbazingwekkend hoge mate van overeenstemming:wat we zien is een volledig parallellisme met de planeten in de loop van 90 cycli, " zei Frank Stefani, hoofdauteur van de studie. "Alles wijst op een geklokt proces."

Net als bij de aantrekkingskracht van de maan die getijden op aarde veroorzaakt, planeten zijn in staat om het hete plasma op het oppervlak van de zon te verplaatsen. Getijdenkrachten zijn het sterkst wanneer er een maximale uitlijning van Venus-Aarde-Jupiter is; een sterrenbeeld dat elke 11,07 jaar voorkomt. Maar het effect is te zwak om de stroming in het binnenste van de zon significant te verstoren, daarom werd het tijdelijke toeval lange tijd verwaarloosd. Echter, de HZDR-onderzoekers vonden toen bewijs van een mogelijk indirect mechanisme dat het magnetische veld van de zon via getijdenkrachten zou kunnen beïnvloeden:oscillaties in de Tayler-instabiliteit, een fysiek effect dat van een bepaalde stroom, kan het gedrag van een geleidende vloeistof of van een plasma veranderen. Voortbouwend op dit concept, de wetenschappers ontwikkelden hun eerste model in 2016; sindsdien hebben ze dit model in hun nieuwe studie verder ontwikkeld om een ​​realistischer scenario te presenteren.

Kleine trigger met grote impact:getijden maken gebruik van instabiliteit

In het hete plasma van de zon, de Tayler-instabiliteit verstoort de flux en het magnetische veld, zelf zeer gevoelig reageert op kleine krachten. Een kleine stuwkracht van energie is voldoende om de verstoringen te laten oscilleren tussen rechtshandige en linkshandige heliciteit (de projectie van de spin op de richting van het momentum). Het momentum dat hiervoor nodig is, kan om de elf jaar worden geïnduceerd door planetaire getijdenkrachten - en uiteindelijk ook het ritme bepalen waarop het magnetische veld de polariteit van de zon omkeert.

"Toen ik voor het eerst las over ideeën die de zonnedynamo met planeten verbinden, Ik was erg sceptisch, Stefani herinnerde zich. "Maar toen we ontdekten dat de stroomgedreven Tayler-instabiliteit heliciteitsoscillaties ondergaat in onze computersimulaties, Ik vroeg mezelf af:wat zou er gebeuren als het plasma werd beïnvloed door een kleine, getijde-achtige verstoring? Het resultaat was fenomenaal. De oscillatie was echt opgewonden en werd gesynchroniseerd met de timing van de externe verstoring."

Zonnedynamo met een extra touch

In het standaardscenario van een dynamo, de rotatie van de zon en de complexe beweging van het zonneplasma creëren een cyclisch veranderend magnetisch veld. Twee effecten werken hier samen:het plasma roteert sneller aan de evenaar van de zon dan aan de polen. Dit leidt tot het omega-effect:de magnetische veldlijnen die in het plasma zijn bevroren, strekken zich uit rond de zon en zetten het magnetische veld om in een veld dat bijna evenwijdig aan de evenaar van de zon is uitgelijnd. Het alfa-effect beschrijft een mechanisme dat magnetische veldlijnen verdraait, waardoor het magnetische veld terug in een noord-zuid richting wordt gedwongen.

Wat veroorzaakt precies het alfa-effect, echter, is een onderwerp van geschil. Stefani's model geeft aan dat de Tayler-instabiliteit hier mede verantwoordelijk voor is. De onderzoekers achten het meest plausibele scenario een scenario waarin een klassieke zonnedynamo wordt gecombineerd met de modulaties die door de planeten worden opgewekt. "Dan zou de zon een heel gewone, oudere ster wiens dynamocyclus, echter, wordt gesynchroniseerd door de getijden, " vat Stefani samen. "Het mooie van ons nieuwe model is dat we nu gemakkelijk effecten kunnen verklaren die voorheen moeilijk te modelleren waren, zoals 'valse' helicities, zoals waargenomen met zonnevlekken, of de bekende dubbele piek in de activiteitscurve van de zon."

Naast het beïnvloeden van de 11-jarige cyclus, planetaire getijdenkrachten kunnen ook andere effecten op de zon hebben. Bijvoorbeeld, het is ook denkbaar dat ze de gelaagdheid van het plasma in het overgangsgebied tussen de binnenste stralingszone en de buitenste convectiezone van de zon (de tachocline) zodanig veranderen dat de magnetische flux gemakkelijker kan worden geleid. Onder die omstandigheden, de omvang van activiteitscycli kan ook worden gewijzigd, zoals ooit het geval was met het Maunder Minimum, toen er een sterke daling van de zonneactiviteit was voor een langere fase.

Op de lange termijn, een nauwkeuriger model van de zonnedynamo zou wetenschappers helpen om klimaatrelevante processen zoals ruimteweer beter te kwantificeren, en misschien zelfs om ooit de klimaatvoorspellingen te verbeteren. De nieuwe modelberekeningen betekenen ook dat, naast getijdenkrachten, mogelijk andere, tot nu toe verwaarloosde mechanismen zouden moeten worden geïntegreerd in de zonnedynamotheorie, mechanismen met zwakke krachten die toch – zoals onderzoekers nu weten – een grote impact kunnen hebben. Om deze fundamentele vraag in het laboratorium te kunnen onderzoeken, te, de onderzoekers zetten momenteel een nieuw vloeibaar metaalexperiment op bij HZDR.