1980’lerin sonlarında, bilim adamları, içinde yankılanan ses dalgalarını gözlemleyerek güneşin iç özelliklerini anlayabileceklerini fark ettiler. Helioseismoloji olarak adlandırılan bu teknik, güneşin iç kısmında Tachocline olarak bilinen gizemli bir şekilde ince bir dinamik tabaka ortaya koydu.
Tachocline son derece incedir, ancak güneşin manyetik özelliklerini yönlendirmede önemli bir rol oynadığına inanılmaktadır. Bilim adamları yıllarca bu güneş katmanlarını teorize etti, hesapladı ve modelledi, ancak Tachocline’ın varlığına yol açan dinamikler sorunu son derece karmaşık bir matematiksel bulmaca olarak kaldı.
Şimdi, California Üniversitesi, Santa Cruz’daki araştırmacılar, güneşin iç kısmının uygun dinamikleri birleştiren ve kendiliğinden bir takoklin üreten ve güneş fiziği için büyük bir adım işaretleyen ilk öz-tutarlı modelleri ürettiler.
Modelleri NASA’nın en güçlü süper bilgisayarı kullanılarak üretildi ve sonuçlar yayınlandı. Astrofizik dergi mektupları.
Dünyada bizim için Tachocline, güneşin manyetik alanlarını üretmede beklenen rolü nedeniyle önemlidir. Bu alanlar, güneş patlamaları ve koronal kütle boşlukları gibi olayları tetikler – güneşten küresel güç ızgaralarını harap edebilen ve uydularımızı bozabilen aktivite patlamaları. Bu olayların ne zaman meydana geleceğini güvenilir bir şekilde tahmin etmek, güneş iç kısmının, özellikle takokline doğru bir şekilde modellenmesini gerektirir.
Evden daha uzakta, Sun’ımızın Tachocline’ın özelliklerine ilişkin içgörüler, diğer yıldızların manyetik aktivitesi hakkında bilgi sağlayabilir. Bilim adamları, bir yıldızın manyetik özelliklerinin, yaşamı sürdüren diğer gezegenlere ev sahipliği yapma kapasitesi için çok önemli olabileceğine inanıyorlar.
UC Santa Cruz ve çalışmanın ilk yazarı doktora sonrası bir bilgin olan Loren Matilsky, “Güneş hakkında çok fazla bilgi biliyoruz, ancak güneş sadece bir yıldız” dedi.
“Güneşimizin dinamikleri hakkında çok şey öğreniyoruz ve bu süreçte bunun diğer yıldızlarda nasıl çalıştığını da öğreniyoruz. Tachocline’ın soruları diğer yıldız sistemleri ve dış gezegenler ışığında daha da önem kazanıyor.”
Son derece ince
Baskin Mühendislik Okulu’nda Uygulamalı Matematik Profesörü olan akıl hocası Nicholas Brummell ve şu anda Colorado Boulder Üniversitesi’nde araştırmacı olan eski UC Santa Cruz lisansüstü öğrencisi Lydia Korre, iç iç ve yüzeylerin akışlarının bir parçası olarak bu araştırmayı sürdürdü Matilsky, bu araştırmayı sürdürdü.
UC Santa Cruz’un önemli bir parçası olduğu bu büyük çok kurumsal grup, güneşin manyetik alanlarını yaratan fiziksel süreç olan güneş “dinamo” nu anlamaya çalışıyor.
Tachocline, güneş dinamosunda güneşin iki farklı bölgesini ayırması nedeniyle önemli bir rol oynar. Tachocline’ın altında, güneşin en içteki% 70’i yarıçapa göre ve katı bir beyzbolun yaptığı gibi katı bir şekilde dönen radyasyon bölgesi bulunur.
Takoklinin üstünde konvektif bölgede yer alır, güneşin en dış% 30’u yarıçapa göre, bir gazın karakteristik akışkanlığı ile farklı şekilde döner. Bu iki bölge arasında, hızdaki büyük varyasyonları muhtemelen dinamoda önemli bir rol oynayan son derece ince taşokline yatmaktadır.
Brummell, “Başlangıçta dinamiklere baktığınızda, Tachocline’ın bu kadar ince olmasını beklemezsiniz, çünkü kendi cihazlarına bırakılırsa takoklini yayma eğiliminde olan birden fazla süreç vardır – bu yüzden büyük bir gizem her zaman ‘Neden çok, çok dar katman?’ Dedi.
Araştırmacılar yıllardır, taşoklini çevreleyen tahminleri ve modelleri doğrulamak için güneş geometrisi için manyetik akışkan dinamiklerinin matematiksel denklemlerini çözmeye çalışıyorlar.
Ancak güneş, çok güçlü ve türbülanslı bir gaz topudur, yani hareketleriyle ilgili büyük bir ölçek aralığı olduğu anlamına gelir, çok küçük (örneğin 10 metre) çok büyük (örneğin, 1 milyon kilometre). Benzer şekilde, çok çeşitli ilgili zaman ölçekleri vardır. Bu, güneşin modellenmesini son derece zorlaştırır ve geçmiş girişimler güneş iç kısmındaki işteki temel gerçekçi dinamik süreçleri yeniden üretememiştir.
‘Kahraman’ hesaplamaları
Bu zorluklara rağmen, Matilsky, kendi sözleriyle “iyi bir meydan okumayı memnuniyetle karşılıyor.” O ve Korre, güneş benzeri bir parametre rejiminde işyerinde fiziksel süreçleri daha doğru bir şekilde modelleyen “kahraman” hesaplamaları-yoğun karmaşık ve büyük matematiksel simülasyonlar-üretme görevini üstlendi.
Güneşi modelleme girişimleri, güneş dinamosunu etkileyen fiziksel süreçlere doğru bir şekilde öncelik vermek için mücadele etmiştir. Bu yine bu süreçlerin yayıldığı çok sayıda uzunluk ve zaman ölçekleri nedeniyle. Bu çalışmada, ilk kez, ekip dinamiklerin doğru sırasını elde etmek için gerekli hesaplama kaynaklarını yatırabildi.
Modelleri, güneşte “viskoz yayılma” adı verilen başka bir kalınlaşma sürecinde, zaman içinde takoklini daha kalın hale getirme eğiliminde olan “radyasyon yayma” adı verilen bir süreci desteklemektedir.
Brummell, “Loren ve Lydia, simülasyonları yeterince büyük ve zor hale getirdiğimiz çok acı verici, büyük simülasyonlar yapıyorlar, böylece viskoziteyi çok daha gerçekçi radyasyon yayma süreci lehine depricatize edebiliyoruz.” Dedi.
Simülasyonlarına güç vermek için 15 ay boyunca on milyonlarca süper bilgisayar saati için NASA Ames’in Pleiades süper bilgisayarını kullanan yeniden öncelikli modellerini çalıştırırken, ilk kez Tachocline’ın nasıl çalıştığına dair tamamen kendiliğinden tutarlı bir model oluşturabildiler.
Özellikle bunu yapmasını istemeden, konvektif ve radyasyon bölgeleri modelleri kendiliğinden bir takoklin üretti. İlginç bir şekilde, konvektif bölgede çalışan dinamo tarafından üretilen kuvvetler, bu modeldeki takoklinin inceliğini korumanın anahtarıdır.
Matilsky, “Burada bir sinerji var, çünkü Tachocline’ın dinamo sürecine neden olmada temel bir rol oynadığına inanılıyor. Dinamodan gelen manyetik alanın Tachocline’ın ilk etapta var olmasına neden olabileceği anlamında bunun tersi de doğru olabilir.” Dedi.
