太陽內核跑得快

■根據太陽和太陽風層探測器(Solar and Heliospheric Observatory,SOHO)的觀測結果,法國天文學家發現,太陽的內核自轉速度是太陽表面自轉速度的四倍。

(Courtesy: SDO/NASA)

撰文|陳勁豪

物理學家探測地球結構的方法之一是透過研究地震。當地震發生時,地震波會穿透地球。由於地球內部結構的差異,會對地震波的傳遞產生影響。透過測量地震波,地球物理學家可以了解地球內部的構造。

同樣的,對於離我們最近的恆星-太陽,我們也可以透過觀察震波在太陽中傳遞的情形來研究太陽內部的結構。這就是所謂的日震學(helioseismology)。對太陽物理學家來說,他們希望能夠研究一種振幅極小,稱為g-mode的震波。這種g-mode震波是一種密度波,以重力作為恢復力,一般出現在位於0.7-1.0太陽半徑的區域。這種g-mode的振幅很小,在太陽表面大約只有公分級以下的振幅,所以非常難觀測。但是對太陽物理學家而言,如果能夠觀測到g-mode,將可以對太陽內部的結構作進一步觀測。

法國Université Côte d'Azur的Eric Fossat團隊找到一個方法,宣稱可以測量到g-mode。太陽內部還有另外一種稱為p-mode的震波傳遞模式。p-mode基本上類似於壓力波,可以透過太陽和太陽圈探測器(SOHO)的低頻球形震動儀 (Global Oscillations at Low Frequencies,GOLF)來測量。簡單的說,Fossat認為當p-mode在太陽內部傳遞時,會受到太陽內部結構與g-mode的影響,因此透過仔細分析p-mode的測量結果,有可能可以分離出太陽內部結構與g-mode所造成的影響。

Fossat利用太陽和太陽圈探測器(SOHO)的低頻球形震動儀(GOLF)長達16年的觀測結果,他們發現當p-mode穿透太陽內核的時候,的確受到了g-mode的影響。

這個測量也得到了另一個有趣的結果。太陽跟地球一樣也會自轉,但是太陽每個部位的自轉速度並不相同。比如太陽表面靠近赤道的部份,自轉週期約是25天,靠近南北極的部份自轉週期約是35天。但這個研究結果發現,太陽內核的自轉速度約是7天,也就是說,太陽內核的自轉速度幾乎是太陽表面的四倍。

太陽物理學家還是希望能有另外一種方法來獨立驗證Fossat的觀測結果是否正確。如果Fossat的這個測量方法是正確的,那麼將可以提供研究太陽內部的一種新方法,讓我們對恆星的構造有更進一步的認識。

原始論文:
Asymptotic g modes: Evidence for a rapid rotation of the solar core 
A&A 604, A40 (2017)

相關報導:PhysicsWorld 2017/08/11: Solar core spins four times faster than expected

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作者:陳勁豪 科教中心特約寫手,從事科普文章寫作。2011年於美國紐約州立石溪大學(SUNY at Stony Brook)取得博士學位,研究主題為相對論性重離子碰撞(Relativistic Heavy Ion Collision)。長期擔任中文科學新聞網站「科景」(Sciscape.org)總編輯。

 

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