太陽(yáng)活動(dòng)遵循11年的周期，在一個(gè)太陽(yáng)周期的過(guò)程中，太陽(yáng)的磁力活動(dòng)來(lái)來(lái)去去。在太陽(yáng)活動(dòng)高峰期，太陽(yáng)表面會(huì)出現(xiàn)大的太陽(yáng)黑子和活動(dòng)區(qū)。壯觀的熱等離子體環(huán)路貫穿太陽(yáng)大氣層，噴發(fā)的粒子和輻射射入星際空間。

在太陽(yáng)活動(dòng)最小的時(shí)候，太陽(yáng)會(huì)相當(dāng)平靜。所謂的蝴蝶圖中出現(xiàn)了驚人的規(guī)律性，它描述了太陽(yáng)黑子在時(shí)間-緯度圖中的位置，在太陽(yáng)周期開(kāi)始時(shí)，太陽(yáng)黑子在中緯度出現(xiàn)。

隨著周期的推進(jìn)，它們會(huì)越來(lái)越接近赤道。為了解釋這張“蝴蝶圖”，太陽(yáng)物理學(xué)家懷疑深磁場(chǎng)是被大范圍氣流帶向赤道的。新研究的第一作者、馬克斯·普朗克學(xué)會(huì)主任Laurent Gizon教授說(shuō)：在一個(gè)太陽(yáng)周期的過(guò)程中，經(jīng)向流起了傳送帶的作用，它拖著磁場(chǎng)前進(jìn)，并設(shè)定太陽(yáng)周期的周期。觀察太陽(yáng)內(nèi)部的幾何形狀和運(yùn)動(dòng)幅度對(duì)于理解太陽(yáng)磁場(chǎng)必不可少，為此，研究團(tuán)隊(duì)利用日震學(xué)繪制了太陽(yáng)表面下的等離子體流圖。

日震學(xué)之于太陽(yáng)物理學(xué)就像地震學(xué)之于地球物理學(xué)，日震學(xué)家使用聲波探測(cè)太陽(yáng)內(nèi)部，與地球物理學(xué)家使用地震探測(cè)地球內(nèi)部的方式非常相似。太陽(yáng)聲波的周期接近5分鐘，由近地表對(duì)流持續(xù)激發(fā)。與太陽(yáng)聲波相關(guān)的運(yùn)動(dòng)可以通過(guò)宇宙飛船上或地面上的望遠(yuǎn)鏡在太陽(yáng)表面進(jìn)行測(cè)量。在這項(xiàng)研究中，研究團(tuán)隊(duì)使用了對(duì)表面聲波的觀測(cè)，這些聲波在太陽(yáng)內(nèi)部以南北方向傳播。

這些波受到經(jīng)向氣流的擾動(dòng)：它們沿流傳播的速度比逆流傳播的速度快。這些非常小的旅行時(shí)間擾動(dòng)(不到1秒)被非常仔細(xì)地測(cè)量，并被解釋為使用數(shù)學(xué)建模和計(jì)算機(jī)來(lái)推斷經(jīng)向流。因?yàn)樗苄?，所以在太?yáng)內(nèi)部很難看到經(jīng)向流。經(jīng)向流動(dòng)比其他運(yùn)動(dòng)成分慢得多，比如太陽(yáng)的差動(dòng)旋轉(zhuǎn)，整個(gè)對(duì)流區(qū)的經(jīng)向氣流不超過(guò)太陽(yáng)表面最大值每小時(shí)50公里。為了降低日震測(cè)量中的噪音水平，有必要在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行平均。

22年的環(huán)路時(shí)間

科學(xué)家首次分析了兩個(gè)獨(dú)立的超長(zhǎng)時(shí)間序列數(shù)據(jù)，其中一個(gè)是由SOHO提供。這是太空中最古老的太陽(yáng)天文臺(tái)，由歐空局和NASA運(yùn)營(yíng)，SOHO的邁克爾遜多普勒成像儀(MDI)采集數(shù)據(jù)涵蓋了從1996年到2011年，第二個(gè)獨(dú)立的數(shù)據(jù)集是由全球振蕩網(wǎng)絡(luò)集團(tuán)(GONG)提供，結(jié)合了美國(guó)、澳大利亞、印度、西班牙和智利的六臺(tái)地面太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡，自1995年以來(lái)提供了幾乎連續(xù)的太陽(yáng)觀測(cè)。

國(guó)際太陽(yáng)物理界提供了涵蓋過(guò)去兩個(gè)太陽(yáng)周期的多個(gè)數(shù)據(jù)集，這是值得稱贊的。這使得在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)進(jìn)行平均和比較答案成為可能，這對(duì)于驗(yàn)證推論是絕對(duì)必要的。研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，對(duì)流區(qū)底部氣流是向赤道方向流動(dòng)的，速度只有每小時(shí)15公里(運(yùn)行速度)。太陽(yáng)表面氣流是向極地流動(dòng)的，最高可達(dá)每小時(shí)50公里。總體情況是，等離子體在每個(gè)半球都繞著一個(gè)巨大的環(huán)路運(yùn)行。

值得注意的是，等離子體完成環(huán)路所需的時(shí)間約為22年，這為太陽(yáng)的11年周期提供了物理解釋。此外，正如蝴蝶圖所示，太陽(yáng)黑子隨著太陽(yáng)周期的推進(jìn)而出現(xiàn)在更靠近赤道的地方?？偠灾?，研究支持這樣一個(gè)基本觀點(diǎn)，即太陽(yáng)黑子出現(xiàn)的位置，向赤道漂移是由于潛在的經(jīng)向流動(dòng)。為什么太陽(yáng)經(jīng)向流看起來(lái)是這樣的，以及經(jīng)向流在控制其他恒星上的磁場(chǎng)活動(dòng)方面起到了什么作用，這還有待理解。

博科園｜研究/來(lái)自：馬克斯·普朗克學(xué)會(huì)

參考期刊《科學(xué)》

DOI: 10.1126/science.aaz7119

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