Hiệu ứng Wilson: Vết đen mặt trời “sâu” đến mức nào?

May 26 2021

Gần đây tôi đã biết về hiệu ứng Wilson của bầu khí quyển Mặt trời. Các 2009 Saas Fee nâng cao Khóa học 39 tiểu bang:

Gần chi mặt trời, umbra [vùng tối hình tròn của vết đen mặt trời] và vết lõm ở trung tâm [đường viền sáng hơn của vết đen mặt trời] biến mất. Chúng tôi thấy$400-800{\rm km}$ sâu hơn vào các vết đen so với trong quang quyển.

Sau đó, có một ấn phẩm mang tên Vết đen mặt trời - nông hay sâu? của Solov'ev và Kirichek từ năm 2014 nói trong phần tóm tắt:

Hai mô hình vết đen mặt trời được so sánh-nông và sâu. Theo người trước đây, vết đen mặt trời, với tư cách là một khu vực được bao phủ bởi một trường mạnh đều đặn và plasma tương đối lạnh, thâm nhập vào vùng đối lưu mặt trời ở độ sâu nông khoảng 4 mm. [...]

Hơn nữa, có một luận án Tiến sĩ của Benjamin Beeck từ năm 2015 cho thấy ví dụ như biểu đồ sau:

Nói cách khác, tôi có các giá trị giữa $400 \ldots 7300 {\rm km}=7.3 {\rm Mm}$đối với độ sâu của vết đen mặt trời khiến tôi hơi bối rối - tôi sẽ đánh giá cao nếu ai đó có thể giải thích cho tôi phạm vi độ sâu khá lớn. Một mặt, tôi quan tâm đến độ sâu của umbra được đo từ penumbra (nếu nó có thể được coi là phẳng), và mặt khác, tôi cũng muốn biết khoảng cách từ penumbra đến cuối ( có thể nhìn thấy) quang quyển, mọi thứ lý tưởng với thanh lỗi.

Trả lời

4 DaddyKropotkin Jun 25 2021 at 22:06

Câu hỏi thú vị! Tôi hy vọng tôi có thể chiếu một chút ánh sáng mặt trời vào chúng.

Như đã nêu trong phần tóm tắt mà bạn trích dẫn, hiểu và mô hình hóa các vết đen là một câu hỏi mở , đặc biệt là câu hỏi làm thế nào để duy trì sự ổn định của các vết đen.

Có rất nhiều mô hình, như trích dẫn của bạn chỉ ra. Đầu tiên, một số làm rõ về mặt thuật ngữ: "Hiệu ứng Wilson" ngày nay về cơ bản là một mô hình để giải thích vật lý của vết đen mặt trời. "Vết lõm Wilson" là một thành phần có thể quan sát được của vết đen mặt trời: chiều cao hình học của bề mặt mặt trời nhìn thấy được bị lõm xuống so với phần còn lại của Mặt trời. Vào thời Wilson, đó là một giả thuyết, nhưng những chỗ lõm như vậy đã được đo lường, ví dụ, xem hình ở đây. Về nguyên tắc, vì ý tưởng cho rằng vết đen mặt trời được tạo ra bởi hoạt động đối lưu bên dưới quang quyển (nghĩa là, sự vận chuyển nhiệt đối lưu bị chặn bởi từ trường cường độ cao, đó là lý do tại sao cần có từ trường mạnh để duy trì vết đen mặt trời ổn định), vết đen mặt trời có thể sâu hơn nhiều so với những gì chúng ta có thể quan sát, vì chúng ta không thể nhìn thấy ngay bên dưới quang quyển (vì plasma của Mặt trời trở nên quá mờ).

Có những mô hình khác để giải thích sự lõm xuống của vết đen mặt trời. Ví dụ, một mô hình gần đây , (dường như) không có bất kỳ độ không đảm bảo hệ thống nào do không có giả định phụ thuộc vào mô hình, giảm thiểu sự phân kỳ của từ trường thu được từ các quan sát đo phổ. Bằng cách áp dụng khuôn khổ của họ cho các quan sát về vết đen mặt trời, họ tuyên bố:

Vết lõm Wilson có nguồn gốc (∼600 km) phù hợp với các kết quả thường thu được từ hiệu ứng Wilson.

Kết quả của họ phù hợp với kết quả của các nghiên cứu sử dụng hiệu ứng Wilson, ví dụ, như bạn trích dẫn từ Khóa học nâng cao về phí Saas năm 2009 39.

Vì vậy, câu hỏi của bạn:

Tôi sẽ đánh giá cao nếu ai đó có thể giải thích [cho] tôi về phạm vi độ sâu khá lớn. Một mặt, tôi quan tâm đến độ sâu của umbra được đo từ penumbra (nếu nó có thể được coi là phẳng), và mặt khác, tôi cũng muốn biết khoảng cách từ penumbra đến cuối ( có thể nhìn thấy) quang quyển, mọi thứ lý tưởng với thanh lỗi.

Để tạo ra một cốt truyện với các câu trả lời chính xác hơn và với các thanh lỗi sẽ liên quan đến ai đó đã thực hiện một âm mưu như vậy, hoặc tôi sẽ phải tạo một âm mưu. Tôi không có thời gian để tự mình làm như vậy, và tôi không thể tìm thấy một bài báo đã xuất bản với nó (nó có thể ở ngoài đó). Vì vậy, tôi sẽ cố gắng giải thích thêm về khái niệm. Ngoài ra, chúng tôi không thể nhìn thấy bên dưới photosphere, vì vậy tôi nghĩ rằng các phương pháp gián tiếp sẽ phải được sử dụng để thu được các thanh lỗi khi quan sát độ sâu của umbra, điều mà tôi đang gặp khó khăn trong việc tìm kiếm (và nghi ngờ liệu nó đã được thực hiện chưa! EDIT: xem rất đoạn cuối về thuyết helioseism).

Các wiki bài viết khẳng định: "Độ lớn của cuộc khủng hoảng là khó khăn để xác định, nhưng có thể lớn như 1.000 km." Nhưng nó không trích dẫn tuyên bố này;)

Các mô hình của hiệu ứng Wilson, giống như những mô hình mà bạn đã trích dẫn, đang cố gắng giải thích sự xuất hiện của vết đen mặt trời bắt nguồn từ bên trong lớp vỏ đối lưu của nội sao. Điều đó có hợp lý không?: Độ sâu trích dẫn của$\sim 7.3$Mm đối với những đám plasma này ít nhất nằm trong bán kính mặt trời, đó là $\sim 10^9$m = 1 Gm. Quang quyển nằm sâu nhất bên trong mặt trời mà chúng ta có thể nhìn thấy về mặt quang học và nó mở rộng lên khoảng 4x10$^5$NS. Vì vậy, có thể hình dung rằng vết đen mặt trời có thể tồn tại ở độ sâu bên dưới quang quyển bên trong vùng đối lưu của mặt trời mà không cần đáy vết đen quá sâu.

CHỈNH SỬA BỔ SUNG: Trong mô hình của Solov'ev và Kirichek, ví dụ, năm 2014, "độ ổn định vết đen mặt trời [là] một hàm của bán kính và cường độ từ trường của chúng [mà] thay đổi đơn điệu với bán kính từ khoảng 700 G đến giới hạn tiệm cận khoảng 4000 G. Độ sâu của vùng lõm Wilson phát triển tuyến tính với B. Phạm vi của các điểm cân bằng ổn định bị giới hạn theo cách mà các vết đen lớn hơn (bán kính lớn hơn khoảng 12–18 Mm) không ổn định, điều này có thể giải thích cho sự vắng mặt của vết đen mặt trời rất lớn. Mặt trời, cũng như sự xuất hiện của các cầu ánh sáng trong các vết đen lớn chia chúng thành nhiều phần. Các vết đen có B trong khoảng 2,6–2,7 kG và bán kính hình u khoảng 2 Mm là ổn định nhất. " Trích dẫn lấy từ Note 4. của điều này Đánh giá helioseismology (cũng ở đoạn cuối bên dưới), và xem Hình 22 của bài đánh giá đó để biết sơ đồ mô hình của chúng.

Trong luận điểm mà bạn trích dẫn của B. Beeck, bài báo chính tìm thấy ở đây , hình học của umbra (hay penumbra) KHÔNG được biết đến là tiên nghiệm, vì vậy họ đưa ra các phỏng đoán và kiểm tra bằng các mô phỏng số chi tiết của họ. Họ thay đổi một cách có hệ thống các điều kiện ban đầu, điều kiện biên, cường độ từ trường và độ sâu của vết đen để cố gắng tạo ra vết đen mặt trời ổn định về mặt vật lý. Họ tìm thấy:

Các vết đen ổn định yêu cầu từ trường> 4kG trong các lớp dưới bề mặt. Cấu trúc (ví dụ T gradient) dưới z ~ 2-3 mm có vẻ quan trọng đối với sự ổn định của các vết đen. Điều này cũng chỉ ra rằng vết đen không thể là hiện tượng rất nông. Vì vậy họ kết luận: Vết đen ổn định cần có từ trường B ≥ 6 kG ở độ sâu 5-6 mm.

Họ suy đoán rằng yêu cầu ổn định này có thể loại trừ hình học vết đen mặt trời là phẳng (tức là không sâu). Họ cố gắng định lượng điều này bằng hình học nêm / phiến, trong đó cường độ từ trường cao hơn ở đáy vết đen mặt trời dẫn đến cường độ umbral thấp hơn và đại số rõ ràng hơn (xem trang thứ 5 từ cuối), có thể được sử dụng để quan sát loại trừ một số hình học vết đen mặt trời.

CHỈNH SỬA BỔ SUNG: Vì vậy, phạm vi thang đo liên quan ở đây là một phần của lĩnh vực nghiên cứu đang hoạt động. Có nhiều lý do lý thuyết để nghi ngờ rằng các vết đen mặt trời có thể sâu và lớn, theo thứ tự ~ Mm, nhưng chúng ta chỉ có thể thăm dò mặt trời ở độ sâu như vậy, vì vậy chúng ta thường bị hạn chế chỉ nhìn thấy theo thứ tự ~$10^5$m, phù hợp với độ sâu của quang quyển. Điều này dẫn đến việc cấu trúc và độ sâu chính xác của umbra và penumbra vẫn chưa được hiểu rõ, hiện tại, mặc dù sự phụ thuộc vào các tham số khác nhau được hiểu rõ trong một số khuôn khổ nhất định.

Ngay sau khi đăng câu trả lời này, tôi nhận ra rằng helioseismology là một cách cố gắng giải quyết vấn đề thăm dò sâu hơn quang quyển, và nó có vẻ đầy hứa hẹn! Những tiến bộ trong thuyết nhật ký từ lâu đã tiên liệu những hiểu biết sâu sắc về bên trong Mặt trời, ví dụ ở đây và ở đây , đã mang lại những ước tính có thể so sánh được về độ sâu của các vết đen, tức là$\sim$1 triệu. Tôi nghĩ rằng đây là một lĩnh vực nghiên cứu tích cực và sẽ rất gọn gàng để theo dõi sự phát triển của nó. Xem ở đây để xem đánh giá (bán) gần đây.

© Copyright 2021 - 2022 | vngogo.com | All Rights Reserved