太阳上的共振：表面呈涡流运动，周期超过27天

观测结果（左）；数值模型（右）。

当地时间7月20日，德国马克斯·普朗克太阳系研究所（MPS）和哥廷根大学领导的团队在《天文学与天体物理学》杂志发文称，太阳的全球振荡周期非常长，甚至与太阳自转周期（27天）不相上下。振荡在太阳表面表现为每小时五公里左右的涡流运动，借助计算机模型，科学家证实它属于共振模式，其存在与太阳的自转有关。新发现将帮助科学家建立探测太阳内部的新方法，进而获取其内部结构和动力学信息。

早在40多年前，研究人员就预测：太阳中还可能存在更长的周期振荡。现在，预测得到了证实。研究人员Laurent Gizon说：“长周期振荡与太阳自转关系密切。从本质上讲，它们不属于声学。探测太阳的长周期振荡需要测量太阳表面多年来的水平运动。”

研究人员观察了振荡的数十种模式，发现每种模式都具有独特的振荡周期和空间依赖性：最大速度有可能出现在两极、中纬度地区或者赤道附近。在赤道附近具有最大速度的模式是Rossby模式，由Gizon团队在2018年确定。

为了确定新振荡的性质，研究人员将观测数据与计算机模型进行了比较。他们从日震学推断的太阳结构和不同的自转模型出发，综合考虑了上层对流驱动（convective driving）强度、湍流运动幅度和太阳模型的小振幅扰动，获取了模型的自由振动。研究人员Damien Fournier说：“太阳的新振动受到其自转方式的强烈影响，太阳自转和纬度的相关性决定了最大振幅的位置。”研究人员Robert Cameron补充：“振荡对太阳内部的特性也很敏感，尤其是湍流运动的强度和太阳介质的相关粘度，以及对流驱动的强度。在太阳表面以下大约20万公里处的对流区底部，这种敏感性十分突出。正如我们能用声波振荡了解太阳内部的声速，长周期振荡也为了解湍流过程提供了参考。”

Gizon总结说：“发现太阳新振荡模式是令人振奋的。它能让我们推断出某些性质，例如最终控制太阳能发电机的对流驱动强度。”

编译：雷鑫宇 审稿：西莫 责编：陈之涵

期刊来源：《天文学与天体物理学》

期刊编号：1432-0746

原文链接：https://phys.org/news/2021-07-long-period-oscillations-sun.html

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