Helioseismische Messung der meridionalen Strömung im Sonneninneren

Gemessene Strömung im Tiefenbereich 20 - 126 Mm. Positive Geschwindigkeitswerte entsprechen einer nordwärts gerichteten Strömung, negative einer Südwärtsströmung.

Vergleich unseres kleinskaligen Strömungsprofils (unten) mit den Messungen von Komm et al. (oben).

Die Sonne besitzt nahe ihrer Oberfläche eine meridionale Strömung, welche sich vom Äquator zu den Polen erstreckt. Um die Fortsetzung der meridionalen Strömung im tieferen Sonneninneren zu messen, haben wir in unserer Gruppe ein neues helioseismisches Analyseverfahren entwickelt und angewandt. Das Verfahren nutzt dabei die strömungsabhängige Verformung tief eindringender solarer Schallwellen aus. Wir analysierten mit dem Verfahren 6 Jahre Dopplergeschwindigkeitsdaten, gemessen zwischen 2004-2010 vom Michelson Doppler Imager an Bord des Solar and Heliospheric Observatory (SoHO), eine Raumsonde der ESA/NASA. Bild 1 zeigt einen Querschnitt der gemessenen Strömung unterhalb der Sonnenoberfläche zwischen 0.82-0.97 solaren Radien in der Radius-Breitengrad-Ebene. Die gestrichelte Linie markiert die Sonnenoberfläche; gestrichelt-gepunktete Linien markieren die heliographischen Breiten +/-60 Grad. Positive (negative) Geschwindigkeitswerte entsprechen einem nordwärts (südwärts) gerichteten Fluss. Unsere Messung zeigt unterhalb der Oberfläche ein komplexes Flussprofil bestehend aus sich überlagernden größeren und kleineren Flusszellen mit horizontalen Geschwindigkeiten von unter 50 m/s.

Die meridionale Strömung erstreckt sich bis tief in die Konvektionszone hinein. Die großzellige Strömungskomponente konnten wir mit der bisherigen Auswertung noch nicht in Tiefen größer als 126 Mm bestimmen, weshalb die Darstellung auf den oberen Teil der Konvektionszone beschränkt ist.

In Bild 2 (unten) ist der Anteil des kleinzelligen Strömungsprofils als Funktion des Breitengrades und der Tiefe unterhalb der Oberfläche dargestellt; positive (negative) Werte entsprechen wieder einer nordwärts (südwärts) gerichteten Strömung. Für diese Strömungskomponente erhalten wir signifikante Geschwindigkeiten bis zu einer Tiefe von etwa 200 Mm. Das Ergebnis beweist damit, dass die meridionale Strömung die gesamte solare Konvektionszone durchdringt. Wir haben unsere Messung mit einer bestehenden oberflächennahen Messung der kleinskaligen Komponente (Bild 2, oben), welche von Komm et. al. (2004) publiziert wurde, verglichen. Diese Messung erstreckt sich von 0.5-14 Mm Tiefe. Dabei zeigt sich eine gute Übereinstimmung beider Ergebnisse nahe der Oberfläche. Die kleinen Flusszellen, die bereits an der Oberfläche beobachtet wurden, setzen sich tief ins Innere fort, und wechseln bei etwa 100 Mm ihre Strömungsrichtung.

Referenzen:

Schad A., Timmer J., Roth M.: "Global helioseismic evidence for a deeply penetrating meridional flow consisting of multiple flow cells", ApJL, 778, L38-L44 (2013)

Komm, R., Howe, R., Hill, F., González Hernández, I., & Toner, C., ApJ, 631, 636 (2005)