Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Физический процесс, генерирующий магнитное поле звезды.
Physical process that generates a star's magnetic field
Солнечный динамо – это физический процесс, генерирующий магнитное поле Солнца. Он объясняется одним из вариантов теории динамо. Естественный электрический генератор внутри Солнца производит электрические токи и магнитное поле, подчиняясь законам Ампера, Фарадея и Ома, а также законам гидродинамики, которые в совокупности формируют законы магнитогидродинамики. Детальный механизм солнечного динамо пока не известен и является предметом современных исследований.
The solar dynamo is a physical process that generates the Sun's magnetic field. It is explained with a variant of the dynamo theory. A naturally occurring electric generator in the Sun's interior produces electric currents and a magnetic field, following the laws of Ampère, Faraday and Ohm, as well as the laws of fluid dynamics, which together form the laws of magnetohydrodynamics. The detailed mechanism of the solar dynamo is not known and is the subject of current research.
Механизм
Динамо преобразует кинетическую энергию в электромагнитную. Электрически проводящая жидкость, находящаяся в движении со сдвигом или более сложной динамикой, такой как турбулентность, может временно усиливать магнитное поле посредством закона Ленца: относительное движение жидкости и магнитного поля индуцирует электрические токи в жидкости, искажающие исходное поле. Если движение жидкости достаточно сложное, оно может поддерживать собственное магнитное поле, где адвективное усиление в жидкости в значительной степени компенсирует диффузионные или омические потери. Такие системы называются самовозбуждающимися динамо. Солнце является самовозбуждающимся динамо, преобразующим конвективное движение и дифференциальное вращение внутри Солнца в электромагнитную энергию. В настоящее время считается, что геометрия и ширина тахоклина играют важную роль в моделях солнечного динамо, скручивая слабое полоидальное поле для создания гораздо более сильного тороидального поля. Однако недавние радио наблюдения более холодных звезд и коричневых карликов, у которых отсутствует радиационное ядро и есть только зона конвекции, показали, что они поддерживают крупномасштабные магнитные поля, сопоставимые по силе с солнечными, и проявляют солнечную активность, несмотря на отсутствие тахоклина. Это позволяет предположить, что зона конвекции сама по себе может отвечать за функционирование солнечного динамо.
A dynamo converts kinetic energy into electric magnetic energy. An electrically conducting fluid with shear or more complicated motion, such as turbulence, can temporarily amplify a magnetic field through Lenz's law: fluid motion relative to a magnetic field induces electric currents in the fluid that distort the initial field. If the fluid motion is sufficiently complicated, it can sustain its own magnetic field, with advective fluid amplification essentially balancing diffusive or ohmic decay. Such systems are called self sustaining dynamos. The Sun is a self sustaining dynamo that converts convective motion and differential rotation within the Sun to electric magnetic energy. Currently, the geometry and width of the tachocline are hypothesized to play an important role in models of the solar dynamo by winding up the weaker poloidal field to create a much stronger toroidal field. However, recent radio observations of cooler stars and brown dwarfs, which do not have a radiative core and only have a convection zone, have demonstrated that they maintain large scale, solar strength magnetic fields and display solar like activity despite the absence of tachoclines. This suggests that the convection zone alone may be responsible for the function of the solar dynamo.
Солнечный цикл
Наиболее заметное временное изменение солнечного магнитного поля связано с квазипериодическим 11-летним солнечным циклом, характеризующимся увеличением и уменьшением числа и размера солнечных пятен. Солнечные пятна видны как темные области на фотосфере Солнца и соответствуют концентрациям магнитного поля. При типичном солнечном минимуме наблюдается мало солнечных пятен или они отсутствуют вовсе. Те, что появляются, располагаются на высоких солнечных широтах. По мере развития солнечного цикла к своему максимуму, солнечные пятна, как правило, формируются ближе к солнечному экватору, следуя закону Спорера. 11-летний цикл солнечных пятен является половиной 22-летнего цикла солнечного динамо Бэбкока–Лейтона, который соответствует осциллирующему обмену энергией между тороидальными и полоидальными солнечными магнитными полями. В период максимума солнечного цикла внешнее полоидальное диполярное магнитное поле достигает минимальной силы в пределах динамо-цикла, в то время как внутреннее тороидальное квадруполярное поле, генерируемое посредством дифференциального вращения внутри тахоклина, приближается к максимальной силе. В этот момент динамо-цикла плавучий подъём в зоне конвекции приводит к выходу тороидального магнитного поля на фотосферу, формируя пары солнечных пятен, приблизительно выровненных по линии восток-запад с противоположными магнитными полярностями. Магнитная полярность пар солнечных пятен меняется с каждым солнечным циклом, что известно как цикл Хейла. В фазе спада солнечного цикла энергия переходит от внутреннего тороидального магнитного поля к внешнему полоидальному, и количество солнечных пятен уменьшается. При солнечном минимуме тороидальное поле, соответственно, достигает минимальной силы, солнечные пятна становятся относительно редкими, а полоидальное поле – максимальной. В течение следующего цикла дифференциальное вращение преобразует магнитную энергию обратно из полоидального в тороидальное поле, с полярностью, противоположной предыдущему циклу. Этот процесс происходит непрерывно, и в идеализированном, упрощенном сценарии каждый 11-летний цикл солнечных пятен соответствует смене полярности крупномасштабного магнитного поля Солнца. Продолжительные минимумы солнечной активности могут быть связаны с взаимодействием двойных динамо-волн солнечного магнитного поля, вызванным эффектом биений при волновой интерференции.
The most prominent time variation of the solar magnetic field is related to the quasi periodic 11 year solar cycle, characterized by an increasing and decreasing number and size of sunspots. Sunspots are visible as dark patches on the Sun's photosphere and correspond to concentrations of magnetic field. At a typical solar minimum, few or no sunspots are visible. Those that do appear are at high solar latitudes. As the solar cycle progresses towards its maximum, sunspots tend to form closer to the solar equator, following Spörer's law. The 11 year sunspot cycle is half of a 22 year Babcock–Leighton solar dynamo cycle, which corresponds to an oscillatory exchange of energy between toroidal and poloidal solar magnetic fields. At solar cycle maximum, the external poloidal dipolar magnetic field is near its dynamo cycle minimum strength, but an internal toroidal quadrupolar field, generated through differential rotation within the tachocline, is near its maximum strength. At this point in the dynamo cycle, buoyant upwelling within the convection zone forces emergence of the toroidal magnetic field through the photosphere, giving rise to pairs of sunspots, roughly aligned east–west with opposite magnetic polarities. The magnetic polarity of sunspot pairs alternates every solar cycle, a phenomenon known as the Hale cycle. During the solar cycle's declining phase, energy shifts from the internal toroidal magnetic field to the external poloidal field, and sunspots diminish in number. At solar minimum, the toroidal field is, correspondingly, at minimum strength, sunspots are relatively rare and the poloidal field is at maximum strength. During the next cycle, differential rotation converts magnetic energy back from the poloidal to the toroidal field, with a polarity that is opposite to the previous cycle. The process carries on continuously, and in an idealized, simplified scenario, each 11 year sunspot cycle corresponds to a change in the polarity of the Sun's large scale magnetic field. Long minima of solar activity can be associated with the interaction between double dynamo waves of the solar magnetic field caused by the beating effect of the wave interference.