新理論可能發現太陽差異自轉的成因

大家可能會認為，太陽在每個緯度自轉速度都相同，但並非如此。太陽赤道自轉週期約 24 天，但極區附近自轉週期約 34 天，這種現象稱為太陽的「差異自轉」（differential rotation），成因長期困擾天文學家。太陽內部瞭解越來越深入後，這問題卻更令人費解。

由日震觀測結果顯示，差異自轉並不局限太陽表層，範圍向下延伸約 20 萬公里，深入整個太陽對流層。

近期天文學家有了新發現，差異自轉似乎受到對流層內長週期振盪的聲波影響，這種振盪可以在表面上以圍繞兩極的旋轉運動的形式被檢測到。近代天文學已知，在太陽光球層存在著數以百萬種週期約在5分鐘以內的聲波振盪模式。研究團隊分析了累積數年的太陽觀測數據之後，發現了一種震盪週期約為27天的超低頻聲波，極長的波長讓聲波能夠跨越整個太陽進行傳遞，而這種長週期聲波似乎在某種程度上與太陽的差異自轉有關。

▲ 以電腦 3D 模擬，發現太陽高緯度區域，有控制兩極與赤道地區穩定溫差的長週期聲波震盪模式。（Source：MPS）

為此，研究團隊進一步建立模型並進行三維空間數值模擬，發現高緯度地區的熱量會藉由長週期震盪的聲波傳輸到赤道地區，這將對太陽的演化產生深遠影響。由於太陽兩極的溫度比赤道高，這種熱傳輸模式恰巧將兩極和赤道之間的溫差控制在攝氏7度左右，而此非常小的溫差也剛好控制著太陽的角動量平衡。這種物理作用是太陽動力學中的重要反饋機制，也是產生並維持穩定太陽差異自轉的主要原因。

太陽高緯度區域的長週期聲波振盪，在產生與控制太陽差異自轉上發揮了重要作用，也許同樣的動力學模式可以應用在其他恆星演化的研究上。