Solas magnetfelt

Sola har to motsatt rettede magnetiske poler, en nordpol og en sydpol. De to halvkulene på Sola er dekket med overveiende samme magnetiske polaritet som polene.

Solas magnetiske orientering varierer med en 22-års syklus. Den kalles Hale-Nicholsons syklus. De magnetiske polene bytter polaritet hvert ellevte år. Skiftet tar fra ett til to år på hver av polene og finner sted under maksimum antall solflekker. På Solas nordpol startet et skifte av polaritet høsten 2024, mens det på Solas sydpol fant sted i februar 2025. Til sammenligning er det 300 000 år mellom hver gang den magnetiske polariteten mellom nord- og sydpol bytter plass på Jorda.

Årsaken til skiftet av magnetisk polaritet på Solas to poler hvert ellevte år er ikke fullt ut forstått. Solas polområder har også vært vanskelige å observere. Romsondene Ulysses og Solar Orbiter er de eneste som til nå har kunnet ta direkte observasjoner av Solas polområder.

I solflekker er den magnetiske feltstyrken spesielt høy i umbraen. Antall solflekker varierer med en periode på gjennomsnittlig elleve år.

Store solflekker på Sola oppstår ofte som par, som har motsatt magnetisk polaritet. Dette kan forklares ved at parene er knyttet til samme magnetiske fluksrør som har steget opp og ned gjennom fotosfæren. På den nordlige og den sørlige halvkule er parenes magnetiske polaritet orientert i motsatt retning. Polariteten i solflekkpar skifter også retning på samme tid som Solas magnetiske poler bytter plass.

I begynnelsen av hver Hale-Nicholsons syklus kommer nye magnetiske felt til syne rundt 55 grader fra ekvator på begge halvkulene. Noe magnetisk fluks forflyttes gradvis fra 55 grader mot polene på begge halvkulene. Feltstyrken er der ikke tilstrekkelig høy til å danne fakkelområder og solflekker.

Den største delen av soloverflaten er jevnt dekket av svakere magnetfelt. Fotosfæren har et dynamisk cellemønster, kalt supergranulasjon, med indre lokale bevegelser som fører til at deres magnetiske felt forflyttes og samles langs cellekantene. Overvekt av samme polaritet over større arealer fører til magnetiske grenseområder hvor protuberanser oppstår i den nedre korona.

Som roterende kule av ionisert gass blir Sola et magnetisk legeme med motsatt rettet magnetiske poler langs rotasjonsaksen. Det medfører også fordeling av magnetfelt med overveiende samme polaritet på de samsvarende halvkulene.

Sola består av en ytre konvektiv sone som strekker seg ned til 0,71 av Solas radius, en indre fast roterende strålingssone og en kjerne i sentrum hvor strålingsenergien dannes. I fotosfæren og i den turbulente sonen er omløpstiden 24,2 døgn ved ekvator, og dette øker til nærmere 40 døgn i de polare områdene. Omløpstiden i de to indre sonene er rundt 25 døgn.

Den differensielle rotasjonen gjennom hele konveksjonssonen fører til elektrisk ladde massestrømmer som genererer utstrakte, rørformed magnetiske strukturer. Det forholdsvis smale området mellom de to ulikt roterende ytre og indre sonene, kalt tachocline, er åsted for spesielt heftige strømmer i ulike retninger. Magnetfelter som dannes i konveksjonssonen og i tachocline flyter etter hvert opp og danner aktive områder.

Trykkbalansen mellom de magnetiske områdene og omgivelsene fører til at de magnetiske fluksrørene inneholder lavere gasstetthet. De blir dermed lettere og gjenstand for oppdrift. Bevegelser og strømmer i det sfæriske, roterende legemet medfører coriolis-krefter som påvirker forflytninger av elektriske og magnetiske felt i den roterende konvektive sonen. Tiden det tar for magnetfelt som dannes i og like under den konvektive sonen å bevege seg opp til ulike breddegrader på overflaten, styres av de komplekse fysiske forholdene i de turbulente omgivelsene. Observasjoner viser at ved starten av hver Hale-Nicholsons syklus kommer nye magnetiske felt til syne ved høy breddegrad. Etter hvert flyter magnetfelt med høyere styrke opp på gradvis lavere breddegrader og fører til flekker, fakler, flares og masseutbrudd.

Både solvind og solstormer fører til at Sola jevnlig mister masse og dermed gradvis roterer saktere. Beregninger viser at Sola roterte ti ganger raskere da den var nydannet for fire og en halv milliard år siden. Det betyr at den da var betydelig mer magnetisk aktiv enn den er i dag. Studier av yngre, sollignende stjerner har bekreftet at magnetisk aktivitet avtar betydelig når stjernene blir eldre.

Den nederlandske fysikeren Pieter Zeeman oppdaget i 1896 at sterke magnetfelt førte til oppsplitting i spesielle spektrallinjer. Det gjorde at den amerikanske astrofysikeren George Ellery Hale, med sitt nye Snow Solar Telescope ved Mount Wilson Observatory i California, påviste at solflekker samsvarte entydig med lokale magnetiske felt.

Far og sønn Harold og Horace Babcock utviklet i 1950 en magnetograf for måling av magnetfelt på Sola. Deres omfattende målinger viste at Sola har to motsatt rettede magnetiske poler.

George Ellery Hale påviste magnetiske feltstyrker på omkring 3000 gauss i solflekker. Dette ble et gjennombrudd innen solforskning. Observasjoner av solflekker ble sentrale for videre studier av hvordan magnetfelt oppstår og utvikles på Sola.

Den tyske astronomen Samuel Heinrich Schwabe påviste at antall solflekker varierte med en periode på gjennomsnittlig elleve år. Antall flekker var forskjellig i ulike perioder. Det ble tidlig påpekt og senere bekreftet av den amerikanske astronomen Jack Eddy (1931–2009) at det i tidsperiodene 1545–1715 og 1795–1823, kalt henholdsvis Maunder- og Dalton-minima, var bemerkelsesverdig få solflekker.

George Ellery Hale og kollegaen Seth Nicholson registrerte at de store flekkene ofte oppstod som par, overveiende orientert i Solas rotasjonsretning. Flekkparene hadde alltid motsatt magnetisk polaritet, hvilket tydet på at de stammet fra samme magnetiske fluksrør som trengte opp og ned gjennom fotosfæren. På den andre halvkulen var flekkparenes polaritet orientert i motsatt retning. Det viste seg også at den magnetiske polariteten i solflekkpar skiftet retning samtidig med Solas magnetiske poler. Det kunne dermed slås fast at Solas magnetiske orientering varierer med en 22-års syklus, som i dag omtales som Hale-Nicholsons syklus.

Det britiske ekteparet Edward Walter Maunder og Annie Maunder viste i 1904 at nye magnetiske felt kommer til syne rundt 55 grader fra ekvator på begge halvkuler i begynnelsen av hver Hale-Nicholson syklus. De første flekkene og sammenfallende fakkelområder oppstår litt senere omkring breddegrad 40 og deretter gradvis nærmere ekvator.

• Sola
• solflekker
• solaktivitet