El Sol sigue el ritmo de los planetas.

Un nuevo estudio corrobora la influencia de las fuerzas de las mareas planetarias en la actividad solar

Una de las grandes preguntas en la Física Solar es por qué la actividad del Sol sigue un ciclo regular de 11 años. Investigadores de Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR), un instituto de investigación alemán independiente, ahora presentan nuevos hallazgos que indican que las fuerzas de marea de Venus, la Tierra y Júpiter influyen en el campo magnético solar, gobernando así el ciclo solar. El equipo de investigadores presenta sus hallazgos en la revista Solar Physics (doi: 10.1007 / s11207-019-1447-1 ).

En principio, no es inusual que la actividad magnética de una estrella como el Sol sufra una oscilación cíclica. Y, sin embargo, los modelos anteriores no han podido explicar adecuadamente el ciclo muy regular del Sol. El equipo de investigación de HZDR ahora ha tenido éxito en demostrar que las fuerzas de marea planetarias en el Sol actúan como un reloj externo, y son el factor decisivo detrás de su ritmo constante. Para lograr este resultado, los científicos compararon sistemáticamente las observaciones históricas de la actividad solar de los últimos mil años con constelaciones planetarias, lo que demuestra estadísticamente que los dos fenómenos están relacionados. “Hay un nivel sorprendentemente alto de concordancia: lo que vemos es un paralelismo completo con los planetas en el transcurso de 90 ciclos”, dijo Frank Stefani, autor principal del estudio. “Todo apunta a un proceso cronometrado”.

Al igual que con la atracción gravitatoria de la Luna que causa las mareas en la Tierra, los planetas pueden desplazar el plasma caliente sobre la superficie del Sol. Las fuerzas de marea son más fuertes cuando hay una alineación máxima de Venus-Tierra-Júpiter; Una constelación que se produce cada 11.07 años. Pero el efecto es demasiado débil como para perturbar significativamente el flujo en el interior solar, por lo que la coincidencia temporal fue descuidada durante mucho tiempo. Sin embargo, los investigadores del HZDR encontraron evidencia de un posible mecanismo indirecto que podría influir en el campo magnético solar a través de las fuerzas de marea: las oscilaciones en la inestabilidad de Tayler, un efecto físico que, a partir de cierta corriente, puede cambiar el comportamiento de un conductor, líquido o de un plasma. Sobre la base de este concepto, los científicos desarrollaron su primer modelo en 2016; desde entonces, han avanzado este modelo en su nuevo estudio para presentar un escenario más realista.

Gatillo pequeño con un gran impacto: las mareas utilizan la inestabilidad.

En el plasma caliente del Sol, la inestabilidad de Tayler perturba el flujo y el campo magnético, y reacciona manera muy sensible a las pequeñas fuerzas. Un pequeño empuje de energía es suficiente para que las perturbaciones oscilen entre la helicity diestra y la zurda (la proyección del giro en la dirección del impulso). El impulso requerido para esto puede ser inducido por las fuerzas de las mareas planetarias cada once años, en última instancia, también establece el ritmo al que el campo magnético invierte la polaridad del Sol.

“Cuando leí por primera vez sobre las ideas que relacionan la dinamo solar con los planetas, era muy escéptico”, recordó Stefani. “Pero cuando descubrimos la inestabilidad de Tayler impulsada por la corriente y las oscilaciones de la helicidad en nuestras simulaciones de computadora, me pregunté: ¿Qué pasaría si el plasma se viera afectado por una pequeña perturbación parecida a una marea? El resultado fue fenomenal. “La oscilación estaba realmente exitada y se sincronizó con el tiempo de la perturbación externa”.

Dínamo solar con un toque añadido.

En el escenario estándar de una dínamo, la rotación del Sol y el movimiento complejo del plasma solar crean un campo magnético que cambia cíclicamente. Dos efectos interactúan aquí: el plasma gira más rápidamente en el ecuador del Sol que en los polos. Esto conduce al efecto omega: las líneas del campo magnético congeladas en el plasma se extienden alrededor del Sol y convierten el campo magnético en un campo alineado casi paralelo al ecuador del Sol. El efecto alfa describe un mecanismo que tuerce las líneas del campo magnético, obligando al campo magnético a volver en dirección norte-sur.

Lo que causa exactamente el efecto alfa, sin embargo, es un tema de disputa. El modelo de Stefani indica que la inestabilidad de Tayler es en parte responsable de esto. Los investigadores consideran que el escenario más plausible es aquel en el que se combina una dínamo solar clásica con las modulaciones excitadas por los planetas. “Entonces el Sol sería una estrella completamente ordinaria, más antigua, cuyo ciclo de dínamo, sin embargo, está sincronizado por las mareas”, resumió Stefani. “Lo mejor de nuestro nuevo modelo es que ahora podemos explicar fácilmente los efectos que antes eran difíciles de modelar, como las helicities” falsas “, como se observa con las manchas solares, o el doble pico conocido en la curva de actividad del Sol. ”

Además de influir en el ciclo de 11 años, las fuerzas de las mareas planetarias también pueden tener otros efectos en el Sol. Por ejemplo, también es posible que cambien la estratificación del plasma en la región de transición entre la zona radiativa interior y la zona de convección externa del Sol (la taquiclina) de tal manera que el flujo magnético se pueda conducir con mayor facilidad. Bajo esas condiciones, la magnitud de los ciclos de actividad también podría cambiar, como en el caso del Mínimo de Maunder, cuando hubo una fuerte disminución de la actividad solar para una fase más larga.

A largo plazo, un modelo más preciso de la dinamo solar ayudaría a los científicos a cuantificar los procesos relevantes para el clima, como el clima espacial con mayor eficacia, y quizás incluso a mejorar las predicciones climáticas algún día. Los nuevos cálculos del modelo también significan que, además de las fuerzas de marea, tendrían que integrarse en la teoría del dinamo solar otros mecanismos potencialmente hasta ahora descuidados, mecanismos con fuerzas débiles que, sin embargo, pueden tener un gran impacto, como saben ahora los investigadores. Para poder investigar esta pregunta fundamental en el laboratorio, también, los investigadores están configurando un nuevo experimento de metal líquido en el HZDR.

Fuente: STRN / Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf  (HZDR) .

Artículo original: “The Sun follows the rhythm of the planets“. May 27, 2019.

Publication:
F. Stefani, A. Giesecke, T. Weier: A model of a tidally synchronized solar dynamo, in Solar Physics, 2019, DOI: 10.1038/s41467-019-09071-7

Material relacionado:

Ver el siguiente comentario esclarecedor previo del primer trabajo planteado por los autores en 2016:

Are planets setting the sun’s pace?, Break for News. Oct. 10, 2016.

Are Planets Setting the Sun’s Pace? STRN. Sept. 22, 2016.

Is there a planetary influence on solar activity? It seems so according to this new paper. Anthony Watts / November 10, 2012.

The complex planetary synchronization structure of the solar system . Nicola Scafetta. May 2, 2014

Preface: Pattern in solar variability, their planetary origin and terrestrial impacts N.A. Mörner , R. Tattersall , and J.-E. Solheim. Archivo completo aquí.

Sobre la Dínamo Solar:

Schematic diagram of the major global photospheric flux-transport dynamo processes. Dikpati and Gilman (2007).

A new understanding of the solar dynamo published. Anthony Watts / August 29, 2013.

The Sun as a Dynamo. High Altitude Observatory (HAO) /NCAR /UCAR.