De magnetische activiteit van de zon volgt een cyclus van 11 jaar. In de loop van een zonnecyclus, de magnetische activiteit van de zon komt en gaat. Tijdens het zonnemaximum, grote zonnevlekken en actieve gebieden verschijnen op het oppervlak van de zon. Spectaculaire lussen van heet plasma strekken zich uit door de atmosfeer van de zon en uitbarstingen van deeltjes en straling schieten de interplanetaire ruimte in. Tijdens het zonneminimum, de zon kalmeert aanzienlijk. Een opvallende regelmaat verschijnt in het zogenaamde vlinderdiagram, die de positie van zonnevlekken in een tijd-breedtegraad plot beschrijft. Aan het begin van een zonnecyclus, zonnevlekken verschijnen op de middelste breedtegraden. Naarmate de cyclus vordert, ze komen steeds dichter bij de evenaar. Om dit "vlinderdiagram" uit te leggen, " zonnefysici vermoeden dat het diepe magnetische veld door een grootschalige stroom naar de evenaar wordt gedragen.

"In de loop van een zonnecyclus, de meridionale stroom werkt als een transportband die het magnetische veld meesleept en de periode van de zonnecyclus bepaalt, " zegt Prof. Dr. Laurent Gizon, MPS-directeur en eerste auteur van de nieuwe studie. "Het zien van de geometrie en de amplitude van bewegingen in het binnenste van de zon is essentieel om het magnetische veld van de zon te begrijpen, " voegt hij eraan toe. Daartoe Gizon en zijn team gebruikten helioseismologie om de plasmastroom onder het oppervlak van de zon in kaart te brengen.

Helioseismologie is voor zonnefysica wat seismologie is voor geofysica. Helioseismologen gebruiken geluidsgolven om het binnenste van de zon te onderzoeken, op vrijwel dezelfde manier gebruiken geofysici aardbevingen om het binnenste van de aarde te onderzoeken. Zonne-geluidsgolven hebben perioden van bijna vijf minuten en worden continu geëxciteerd door convectie nabij het oppervlak. De bewegingen die verband houden met zonne-geluidsgolven kunnen worden gemeten aan het oppervlak van de zon door telescopen op ruimtevaartuigen of op de grond. In dit onderzoek, Gizon en zijn team gebruikten waarnemingen van geluidsgolven aan het oppervlak die zich in de noord-zuid richting door het binnenste van de zon voortplanten. Deze golven worden verstoord door de meridionale stroming:ze reizen sneller langs de stroming dan tegen de stroming in. Deze zeer kleine reistijdverstoringen (minder dan 1 seconde) werden zeer zorgvuldig gemeten en werden geïnterpreteerd om de meridionale stroom af te leiden met behulp van wiskundige modellen en computers.

Omdat het klein is, de meridionale stroom is uiterst moeilijk te zien in het zonne-interieur. "De meridionale stroom is veel langzamer dan andere componenten van beweging, zoals de differentiële rotatie van de zon, " legt Gizon uit. De meridionale stroming door de convectiezone is niet meer dan de maximale oppervlaktewaarde van 50 kilometer per uur.

"Om het geluidsniveau in de helioseismische metingen te verminderen, het is noodzakelijk om de metingen over zeer lange perioden te middelen, " zegt Dr. Zhi-Chao Liang van MPS.

Het team van wetenschappers analyseerde, Voor de eerste keer, twee onafhankelijke, zeer lange tijdreeksen van gegevens. Een werd verstrekt door SOHO, het oudste zonneobservatorium in de ruimte dat wordt beheerd door ESA en NASA. De gegevens die door SOHO's Michelson Doppler Imager (MDI) zijn verzameld, hebben betrekking op de periode van 1996 tot 2011. Een tweede onafhankelijke dataset werd geleverd door de Global Oscillation Network Group (GONG), die zes op de grond gebaseerde zonnetelescopen in de VS combineert, Australië, Indië, Spanje, en Chili om sinds 1995 bijna ononderbroken waarnemingen van de zon aan te bieden. " zegt Dr. John Leibacher, een voormalig directeur van het GONG-project. "Dit maakt het mogelijk om over lange perioden te middelen en antwoorden te vergelijken, wat absoluut essentieel is om gevolgtrekkingen te valideren."

Gizon en zijn team ontdekken dat de stroom evenaart is aan de voet van de convectiezone, met een snelheid van slechts 15 kilometer per uur (loopsnelheid). De stroming aan het zonneoppervlak is poolwaarts en reikt tot 50 kilometer per uur. Het algemene beeld is dat het plasma in elk halfrond in één gigantische lus rondgaat. Opmerkelijk, de tijd die het plasma nodig heeft om de lus te voltooien is ongeveer 22 jaar - en dit biedt de fysieke verklaring voor de elfjarige cyclus van de zon. zonnevlekken verschijnen dichter bij de evenaar naarmate de zonnecyclus vordert, zoals te zien is in het vlinderdiagram. "Globaal genomen, onze studie ondersteunt het basisidee dat de equatorward drift van de locaties waar zonnevlekken ontstaan, te wijten is aan de onderliggende meridionale stromen, " zegt dr. Robert Cameron van MPS.

"Het moet nog worden begrepen waarom de meridionale stroom van de zon er zo uitziet, en welke rol de meridionale stroom speelt bij het beheersen van magnetische activiteit op andere sterren, ", voegt Laurent Gizon toe.