ผลกระทบของวิลสัน: จุดดับบนดวงอาทิตย์ "ลึก" แค่ไหน?
ฉันเพิ่งได้เรียนรู้เกี่ยวกับผลกระทบของวิลสันจากชั้นบรรยากาศของดวงอาทิตย์ 2009 ซาร์สฟีขั้นสูง 39ฯ :
บริเวณใกล้ขอบดวงอาทิตย์ เงา [บริเวณที่มืดเป็นวงกลมของจุดบอดบนดวงอาทิตย์] และเงามัวด้านตรงกลาง [เส้นขอบที่เบากว่าของจุดบอดบนดวงอาทิตย์] จะหายไป ที่เราเห็น$400-800{\rm km}$ ลึกลงไปในจุดบอดบนดวงอาทิตย์มากกว่าในโฟโตสเฟียร์
แล้ว มี หนังสือ เรื่องจุด บอด บน ดวง อาทิตย์—ตื้น หรือ ลึก? โดย Solov'ev และ Kirichek จากปี 2014 ซึ่งกล่าวเป็นนามธรรม:
แบบจำลองจุดบอดบนดวงอาทิตย์สองแบบมีการเปรียบเทียบแบบตื้นและลึก จากข้อมูลก่อนหน้านี้ จุดบอดบนดวงอาทิตย์ ซึ่งเป็นบริเวณที่ครอบครองโดยสนามปกติที่แข็งแกร่งและพลาสมาเย็นที่ค่อนข้างเย็น จะแทรกซึมเข้าไปในเขตพาความร้อนของดวงอาทิตย์จนถึงระดับความลึกตื้นประมาณ 4 มม. [... ]
นอกจากนี้ยังมีวิทยานิพนธ์ระดับปริญญาเอกโดย Benjamin Beeckจากปี 2015 ซึ่งแสดงให้เห็นเช่นกราฟต่อไปนี้:
กล่าวอีกนัยหนึ่ง ฉันมีค่าระหว่าง $400 \ldots 7300 {\rm km}=7.3 {\rm Mm}$สำหรับความลึกของจุดบอดบนดวงอาทิตย์ซึ่งทำให้ฉันสับสนเล็กน้อย - ฉันจะขอบคุณถ้าใครสามารถอธิบายช่วงความลึกที่ค่อนข้างกว้างให้ฉันได้ ด้านหนึ่งฉันสนใจความลึกของเงาที่วัดจากเงามัว (ถ้าเห็นว่าแบน) และในอีกทางหนึ่งฉันก็อยากรู้ระยะทางจากเงามัวถึงปลาย ( มองเห็นได้) photosphere ทุกอย่างมีแถบข้อผิดพลาด
คำตอบ
คำถามที่น่าสนใจ! ฉันหวังว่าฉันจะสามารถฉายแสงแดดให้พวกเขาได้
ตามที่ระบุไว้ในบทคัดย่อที่คุณอ้างอิง ความเข้าใจและการสร้างแบบจำลองของจุดบอดบนดวงอาทิตย์เป็นคำถามเปิดโดยเฉพาะอย่างยิ่งคำถามที่ว่าจุดบอดบนดวงอาทิตย์มีความเสถียรได้อย่างไร
มีหลายรุ่นตามที่คุณระบุ ประการแรก การอธิบายคำศัพท์บางอย่าง: "ปรากฏการณ์วิลสัน" ในปัจจุบันเป็นแบบจำลองหลักในการอธิบายฟิสิกส์ของจุดบอดบนดวงอาทิตย์ "พายุดีเปรสชันวิลสัน" เป็นองค์ประกอบที่สังเกตได้ของจุดบอดบนดวงอาทิตย์: ความสูงทางเรขาคณิตของพื้นผิวสุริยะที่มองเห็นได้จะลดลงเมื่อเทียบกับส่วนอื่นๆ ของดวงอาทิตย์ ในสมัยของวิลสัน มันเป็นสมมุติฐาน แต่มีการวัดความหดหู่ใจ เช่น ดูรูปที่นี่. โดยหลักการแล้ว เนื่องจากแนวคิดคือจุดบอดบนดวงอาทิตย์เกิดจากกิจกรรมการพาความร้อนใต้โฟโตสเฟียร์ (กล่าวคือ การพาความร้อนแบบพาความร้อนถูกปิดกั้นโดยสนามแม่เหล็กที่รุนแรง ซึ่งเป็นเหตุว่าทำไมจึงต้องมีสนามแม่เหล็กแรงสูงเพื่อรักษาจุดบอดบนดวงอาทิตย์ให้คงที่) จุดบอดบนดวงอาทิตย์อาจเป็นได้ ลึกกว่าที่เราสังเกตได้มาก เนื่องจากเราไม่สามารถมองเห็นได้โดยตรงภายใต้โฟโตสเฟียร์ (เนื่องจากพลาสมาของดวงอาทิตย์มีความทึบเกินไป)
มีแบบจำลองอื่นๆ ที่อธิบายความหดหู่ของจุดบอดบนดวงอาทิตย์ ตัวอย่างเช่นแบบจำลองล่าสุดซึ่ง (เห็นได้ชัดว่า) ปราศจากความไม่แน่นอนที่เป็นระบบเนื่องจากไม่มีสมมติฐานที่ขึ้นกับแบบจำลอง จะลดความแตกต่างของสนามแม่เหล็กที่ได้จากการสังเกตสเปกโตรโพลาริเมทริกให้เหลือน้อยที่สุด โดยการนำกรอบการทำงานไปใช้ในการสังเกตการณ์จุดบอดบนดวงอาทิตย์ พวกเขากล่าวว่า:
ภาวะซึมเศร้าของวิลสันที่ได้รับ (∼600 กม.) นั้นสอดคล้องกับผลลัพธ์โดยทั่วไปที่ได้รับจากผลกระทบของวิลสัน
ผลลัพธ์ของพวกเขาสอดคล้องกับการศึกษาที่ใช้เอฟเฟกต์ของ Wilson เช่นที่คุณอ้างอิงจากหลักสูตรขั้นสูงของ Saas Fee 39 ปี 2009
ดังนั้นคำถามของคุณ:
ฉันจะขอบคุณถ้าใครสามารถอธิบาย [ถึง] ช่วงความลึกที่ค่อนข้างกว้างให้ฉันได้ ด้านหนึ่ง ฉันสนใจความลึกของเงาที่วัดจากเงามัว (ถ้ามองเห็นได้แบนราบ) และในอีกทางหนึ่ง ฉันอยากจะทราบระยะทางจากเงามัวไปยังจุดสิ้นสุดของ ( มองเห็นได้) photosphere ทุกอย่างมีแถบข้อผิดพลาด
ในการสร้างพล็อตที่มีคำตอบที่แม่นยำยิ่งขึ้นและมีแถบข้อผิดพลาด จะต้องมีใครบางคนทำโครงเรื่องดังกล่าวไว้แล้ว หรือฉันจะต้องสร้างมันขึ้นมา ฉันไม่มีเวลาทำด้วยตัวเอง และฉันไม่สามารถหากระดาษที่ตีพิมพ์พร้อมมันได้ ดังนั้น ฉันจะพยายามอธิบายในเชิงแนวคิดมากขึ้น นอกจากนี้ เราไม่สามารถมองเห็นใต้โฟโตสเฟียร์ได้ ดังนั้นฉันคิดว่าจะต้องใช้วิธีทางอ้อมเพื่อให้ได้แถบข้อผิดพลาดในการสังเกตความลึกของร่มเงา ซึ่งฉันมีปัญหาในการค้นหา (และสงสัยว่ามันทำเสร็จแล้วหรือยัง! แก้ไข: ดู ย่อหน้าสุดท้ายเกี่ยวกับ helioseismology)
วิกิพีเดียบทความฯ : "ขนาดของภาวะซึมเศร้าเป็นเรื่องยากที่จะตรวจสอบ แต่อาจจะมีขนาดใหญ่เป็น 1,000 กม." แต่ไม่ได้อ้างสิทธิ์นี้ ;)
แบบจำลองของเอฟเฟกต์ Wilson เช่นเดียวกับที่คุณอ้างถึง กำลังพยายามอธิบายการเกิดขึ้นของจุดบอดบนดวงอาทิตย์ว่าเกิดขึ้นจากภายในเปลือกพาความร้อนของภายในตัวเอก สมเหตุสมผลไหม: ความลึกที่อ้างถึง$\sim 7.3$Mm สำหรับคลื่นพลาสมาเหล่านี้อย่างน้อยก็อยู่ภายในรัศมีสุริยะ ซึ่งก็คือ $\sim 10^9$ม. = 1 กรัม โฟโตสเฟียร์เป็นส่วนที่ลึกที่สุดภายในดวงอาทิตย์ที่เราสามารถมองเห็นได้ด้วยตาเปล่า และขยายไปถึงประมาณ 4x10$^5$NS. ดังนั้นจึงเป็นไปได้ว่าจุดบอดบนดวงอาทิตย์สามารถอยู่ที่ระดับความลึกใต้โฟโตสเฟียร์ภายในบริเวณพาความร้อนของดวงอาทิตย์โดยที่ก้นของจุดบอดบนดวงอาทิตย์ไม่ลึกเกินไป
แก้ไขเพิ่มเติม: ในแบบจำลองของ Solov'ev และ Kirichek เช่น 2014 "ความเสถียรของจุดบอดบนดวงอาทิตย์ [คือ] ฟังก์ชันของรัศมีและความแรงของสนามแม่เหล็ก [ซึ่ง] แปรผันตามลำพังโดยมีรัศมีตั้งแต่ประมาณ 700 G จนถึงขีดจำกัดเส้นกำกับที่ประมาณ 4000 ก. ความลึกของความกดอากาศวิลสันเพิ่มขึ้นเป็นเส้นตรงด้วย B ช่วงของสมดุลที่เสถียรถูกจำกัดในลักษณะที่จุดบอดบนดวงอาทิตย์ที่มีขนาดใหญ่กว่า (รัศมีที่ใหญ่กว่าประมาณ 12–18 มม.) จะไม่เสถียร ซึ่งอาจอธิบายได้ว่าไม่มีจุดบอดบนดวงอาทิตย์ขนาดใหญ่มาก ดวงอาทิตย์เช่นเดียวกับการปรากฏตัวของสะพานแสงในจุดดับบนดวงอาทิตย์ขนาดใหญ่ที่แบ่งมันออกเป็นหลายส่วน จุดบอดบนดวงอาทิตย์ที่มี B ในช่วง 2.6–2.7 kG และรัศมีรัศมีประมาณ 2 มม. นั้นเสถียรที่สุด" อ้างจากหมายเหตุ 4 ของสิ่งนี้ การตรวจสอบ helioseismology (ในย่อหน้าสุดท้ายด้านล่าง) และดูรูปที่ 22 ของบทวิจารณ์นั้นสำหรับแผนผังของแบบจำลอง
ในวิทยานิพนธ์ที่คุณอ้างโดย B. Beeck พบบทความหลักที่นี่เรขาคณิตของร่มเงา (หรือเงามัว) ไม่เป็นที่ทราบก่อนใคร ดังนั้นพวกเขาจึงเดาและตรวจสอบด้วยการจำลองเชิงตัวเลขโดยละเอียด พวกมันจะแปรผันตามเงื่อนไขเริ่มต้น เงื่อนไขขอบเขต ความแรงของสนามแม่เหล็ก และความลึกของจุดบอดบนดวงอาทิตย์อย่างเป็นระบบ เพื่อพยายามสร้างจุดบอดบนดวงอาทิตย์ที่มีเสถียรภาพทางกายภาพ พวกเขาพบว่า:
จุดดับบนดวงอาทิตย์ที่เสถียรต้องการสนามแม่เหล็ก > 4kG ในชั้นใต้ผิวดิน โครงสร้าง (เช่น T gradient) ที่ต่ำกว่า z~2-3 Mm ดูเหมือนจะมีความสำคัญต่อความเสถียรของจุดบอดบนดวงอาทิตย์ นอกจากนี้ยังบ่งชี้ว่าจุดดับบนดวงอาทิตย์ไม่สามารถเป็นปรากฏการณ์ที่ตื้นมากได้ ดังนั้นพวกเขาจึงสรุป: จุดดับบนดวงอาทิตย์ที่เสถียรต้องมีสนามแม่เหล็ก B ≥ 6 kG ที่ความลึก 5-6 มม.
พวกเขาคาดการณ์ว่าข้อกำหนดด้านความเสถียรนี้อาจตัดรูปทรงเรขาคณิตของจุดบอดบนดวงอาทิตย์ที่แบนราบ (กล่าวคือ ไม่ลึก) พวกเขาพยายามหาจำนวนสิ่งนี้ด้วยรูปทรงลิ่ม/แผ่นพื้น ซึ่งความแรงของสนามแม่เหล็กที่สูงขึ้นที่ด้านล่างของจุดบอดบนดวงอาทิตย์ทำให้ความเข้มของร่มลดลงและเงามัวที่เด่นชัดมากขึ้น (ดูสไลด์ที่ 5 จากตอนท้าย) ซึ่งอาจใช้เพื่อแยกแยะบางส่วนจากการสังเกต เรขาคณิตของจุดบอดบนดวงอาทิตย์
แก้ไขเพิ่มเติม: ดังนั้น ช่วงของมาตราส่วนที่เกี่ยวข้องที่นี่จึงเป็นส่วนหนึ่งของการวิจัยเชิงรุก มีเหตุผลทางทฤษฎีมากมายที่สงสัยว่าจุดบอดบนดวงอาทิตย์อาจลึกและใหญ่ ตามลำดับ ~Mm แต่เราสามารถสำรวจดวงอาทิตย์ได้ลึกมากเท่านั้น โดยปกติแล้วเราจะจำกัดการมองเห็นได้เฉพาะในลำดับ ~$10^5$ม. ซึ่งสอดคล้องกับความลึกของโฟโตสเฟียร์ ส่งผลให้โครงสร้างและความลึกที่แน่นอนของร่มและเงามัวยังไม่เป็นที่เข้าใจกันดีนัก ในปัจจุบัน ถึงแม้ว่าการพึ่งพาพารามิเตอร์ต่างๆ จะเข้าใจกันดีภายในกรอบการทำงานบางอย่าง
หลังจากโพสต์คำตอบนี้ ฉันก็ตระหนักว่า helioseismology เป็นวิธีหนึ่งในการพยายามแก้ไขปัญหาในการสำรวจให้ลึกกว่าโฟโตสเฟียร์ และดูเหมือนว่าจะมีแนวโน้มที่ดี! ความก้าวหน้าของ helioseismology ได้คาดการณ์ถึงข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับภายในของดวงอาทิตย์ ตัวอย่างเช่นที่นี่และที่นี่ซึ่งให้ค่าประมาณที่เปรียบเทียบได้สำหรับความลึกของจุดบอดบนดวงอาทิตย์ กล่าวคือ$\sim$1 มม. ฉันคิดว่านี่เป็นงานวิจัยเชิงรุกและจะน่าติดตามการพัฒนา ดูที่นี่สำหรับ (กึ่ง) บทวิจารณ์ล่าสุด