Досягнення турбулентного динамо магнітного циклу Сонця

Криводубський, В. (2025). Досягнення турбулентного динамо магнітного циклу Сонця. Вісник Київського національного університету імені Тараса Шевченка. Астрономія, 2 (72), 17-32. https://doi.org/10.17721/BTSNUA.2025.72.17-32

Передумови. В середині 1970-х років в Астрономічній обсерваторії було започатковано новий напрямок теоретичних досліджень циклічності глобального магнетизму Сонця, заснований на теорії турбулентного динамо, побудованій в рамках макроскопічної магнітогідродинаміки (МГД). Спостереження показують, що полоїдальна та тороїдальна компоненти глобального магнітного поля Сонця циклічно змінюються за величиною та полярністю в протифазі з періодом близько 22 років, що називається магнітним циклом Гейла. Найбільш поширеною серед дослідників є думка, що керівним механізмом магнітного циклу є модель αΩ динамо, яка базується на спільній дії спіральної турбулентності та внутрішнього диференціального обертання в сонячній конвективній зоні (СКЗ). Модель αΩ динамо описує магнітну циклічність, зумовлену двома основними ефектами: генерацією тороїдального поля з полоїдальним диференціальним обертанням (Ω-ефект) та зворотним перетворенням тороїдального поля в нове полоїдальне поле протилежної орієнтації, спричинене спіральними турбулентними конвективними рухами (α-ефект). Дослідження останніх років минулого століття показали, що фізичні умови в глибинах SCC є сприятливими для механізму αΩ динамо, який у кінематичному режимі цілком адекватно описує динаміку магнітного циклу Сонця. Однак низка спостережуваних магнітних явищ довгий час залишалася нез'ясованою. З огляду на це, автор провів теоретичні дослідження в рамках макроскопічної МГД, спрямовані на усунення існуючих ускладнень моделі αΩ-динамо при поясненні сонячної магнітної циклічності. У статті представлені результати цих досліджень.
Методи. Макроскопічна магнітогідродинаміка, яка вивчає поведінку глобальних електромагнітних та гідродинамічних полів у турбулентній плазмі. Застосування даних сучасних геліосейсмологічних експериментів щодо внутрішнього обертання Сонця.
Результати. Шляхом включення нелінійних турбулентних ефектів з макроскопічної МГД та використання сучасних геліосейсмологічних даних про внутрішнє обертання Сонця, ключові фактори моделі турбулентного динамо були модифіковані. Нові застосування включають оновлений α-ефект (зміна знака параметра спіральності в глибоких шарах поверхневого шару, магнітне альфа-гасіння, вплив обертання на спіральність турбулентних рухів), процеси турбулентної перебудови магнетизму (турбулентний макроскопічний діамагнетизм, «негативна магнітна плавучість», обертальний ∇α-ефект), вплив турбулентності на електродинамічні параметри плазми (макроскопічна електропровідність та магнітна проникність), фізичні процеси в шарах проникної конвекції та променистому тахокліні. Використання реформованих факторів у моделі турбулентного динамо дозволило з'ясувати низку загадкових проявів циклічного магнетизму Сонця.
Висновки. Враховуючи нелінійні турбулентні ефекти макроскопічної МГД та дані сучасних геліосейсмологічних експериментів, було розраховано розподіл модифікованих основних параметрів динамо в RMS, що дозволило розширити перелік спостережуваних явищ магнітної циклічності, які можна описати в рамках удосконаленої моделі αΩ динамо.