الملخّص

يُعدّ التدفّق الزوالي الشمسي مكوِّنًا أساسيًا في نماذج الدينامو المعتمدة على نقل الفيض المغناطيسي. ومع ذلك، لم يُتوصَّل بعدُ إلى إجماع حول بُنيته تحت السطحية. قمنا بدمج مجموعتَي البيانات من SOHO/MDI و SDO/HMI بهدف تحقيق دقة أعلى في القياسات الزلزالية الشمسية للتدفّق الزوالي تحت السطح. قِيسَت فروق أزمنة السفر جنوب–شمال باستخدام طريقة المسافة–الزمن في علم الزلازل الشمسي على دوبلرغرامات متوسطة الدرجة من MDI وHMI تغطي الفترة من مايو 1996 إلى أبريل 2017. تُعالِج تحليلاتُنا عدّة مصادر لتأثيرات نظامية: خطأ زاوية \(P\)، وتأثيرات الحقل المغناطيسي السطحي، وتباينات المركز–الحافة. بالنسبة لبيانات HMI، استخدمنا تصحيح زاوية \(P\) المقدَّم من فريق HMI استنادًا إلى عبور كوكبَي الزهرة وعُطارد. أمّا بيانات MDI، فصُحِّحت زاوية \(P\) بالاستناد إلى الترابط مع بيانات HMI خلال فترة التداخل. وقد قُدِّر تباين المركز–الحافة من فروق أزمنة السفر شرق–غرب، وهو يختلف بين رصدي MDI وHMI. فُسِّرت قياسات أزمنة السفر بمنهجية النمذجة الأمامية في تقريب الأشعة. في نطاق العرض 20\(^\circ\)–35\(^\circ\)، تتشابه فروق أزمنة السفر في نصف الكرة الجنوبي بين الدورتين 23 و24، بينما تختلف في نصف الكرة الشمالي بين الدورتين. باستثناء نصف الكرة الشمالي في الدورة 24، تُفضِّل القياسات نموذج دوران زوالي أحادي الخلية، حيث يستمر التدفّق نحو القطبين حتى عمق يناهز \(\sim 0.8\,R_\odot\)، مع تدفّقات محلية مُتّجهة نحو أحزمة النشاط في الطبقات القريبة من السطح. نصف الكرة الشمالي في الدورة 24 يُعدّ شاذًا: فروق أزمنة السفر فيه أصغر بكثير عند المسافات الأكبر من 20\(^\circ\). هذا التباين بين نصفي الكرة خلال الدورة 24 لم يظهر في القياسات السابقة التي اعتمدت تصحيحًا مختلفًا لخطأ زاوية \(P\)، إذ فُرِض أن فروق أزمنة السفر جنوب–شمال تساوي الصفر عند خط الاستواء لجميع المسافات. في قياساتنا، تكون فروق أزمنة السفر عند خط الاستواء قريبة من الصفر للمسافات الأقل من \(\sim 30^\circ\)، لكنها لا تختفي عند المسافات الأكبر. هذه الإزاحةُ الاستوائية عند المسافات الكبيرة لا ينبغي تفسيرها على أنّها تدفّق عميق يعبر خط الاستواء؛ بل قد تنجم عن تدفّقات سطحية محلية غير متناظرة قرب نهايات مسارات الأشعة الصوتية. تحتوي القياسات الزلزالية الشمسية المدمجة من MDI وHMI المقدَّمة هنا على ثروة من المعلومات حول البنية تحت السطحية والتطوّر الزمني للدوران الزوالي على مدى 21 عامًا. وللاستدلال على التدفّق الزوالي العميق، سيكون من الضروري نمذجة مساهمة التدفّقات المعقّدة والمتغيرة زمنيًا في الطبقات القريبة من السطح.

مقدمة

نُعرِّف الدوران الزوالي الشمسي بأنّه المكوّن ذو التماثل المحوري للتدفّق الزوالي في نظام الإحداثيات الكروية القطبية، حيث يتطابق المحور القطبي مع محور دوران الشمس. نفترض في هذا التعريف أنّ جميع الطبقات تدور حول محور دوران واحد. التدفّق الزوالي السطحي، الذي قِيس لأوّل مرّة بواسطة ، يتجه نحو القطبين بسرعات قصوى بين 10–20 م/ث عند العروض المنخفضة والمتوسطة، ومن المعروف أنّه يمتدّ بدرجةٍ ما عبر منطقة الحمل الحراري . وقد أظهرت طرائق عدّة أنّ مقدار وشكل التدفّق الزوالي يتغيّران مع مستوى النشاط الشمسي . وبالتوازي، يتطوّر نمطُ تدفّقاتٍ مُتقاربة نحو المناطق النشطة ويتحرّك نحو خط الاستواء تزامنًا مع أحزمة النشاط مع تقدّم الدورة الشمسية. ويُعتَقَد أنّ هذه التدفّقات، التي يكون لها عادةً مُكوِّن في المستوى الزوالي، تُفسِّر جزءًا كبيرًا من التغيّر الدوري في التدفّق الزوالي . إضافةً إلى ذلك، فإنّ التدفّق الزوالي قادر على نقل الفيض المغناطيسي ويُعتبَر آليةً رئيسية محتملة في نماذج الدينامو المعتمدة على نقل الفيض لنقل الحقل المغناطيسي في باطن الشمس .

في الآونة الأخيرة، أُبلِغ عن نتائج زلزالية شمسية متضاربة . والسبب الرئيس هو أنّ القياسات الزلزالية الشمسية تعاني من طيفٍ من الأخطاء النظامية، مثل سوء محاذاة الأجهزة، وتباين المركز–الحافة، وتأثير الحقل المغناطيسي السطحي . علاوةً على ذلك، فإنّ التدفّق الزوالي أضعفُ بأكثر من مرتبةٍ قدريّة واحدة من التدفقات السائدة الأخرى داخل الشمس. باستخدام نموذج الضوضاء لـ، اقترح و أنّ تقدير التدفّق الزوالي عند قاع منطقة الحمل الحراري بدقّة 1 م/ث يتطلّب عقودًا من البيانات. لذا، فإنّ قياسات التدفّق الزوالي العميق تتطلّب سلسلةً زمنيةً رصدية طويلةً جدًا.

لقد جمع مِصوِّر دوبلر ميكلسون على متن مرصد الشمس والهيليوسفير ومِصوِّر الزلازل الشمسية والمغناطيسية على متن مرصد ديناميكيات الشمس ما يقارب دورتين شمسيتين من الرصدات الكاملة للقرص الشمسي منذ مايو 1996. ومؤخرًا ، وبعد معالجة معظم التأثيرات النظامية الرئيسية، أُجريت مقارنةٌ تفصيليّة لقياسات أزمنة السفر للتدفّق الزوالي من مجموعتَي البيانات خلال فترة متزامنة من مايو 2010 إلى أبريل 2011، وأظهرت درجةً عاليةً من الاتساق. استنادًا إلى هذا النجاح السابق، نُدمِج في هذا العمل مجموعتَي البيانات على أمل تقييد شكل التدفّق الزوالي تحت 0.9 \(R_\odot\) بدقّة أفضل. في القسم 2، نصف إعداد البيانات وتحليلها. في القسم 3، نعرض أزمنة السفر المقاسة. في القسم 4، نقوم بنمذجة كلٍّ من الدوران الزوالي واسع النطاق الذي يغطي جميع العروض، إضافةً إلى التدفّقات المحلية حول العروض النشطة المتوسطة في الطبقات العليا من منطقة الحمل الحراري كمكوّن منفصل. وتُقارَن أزمنة السفر المقاسة مع نتائج النمذجة الأمامية في القسم 5. ونُلخِّص في القسم 6 مع مناقشةٍ لآثار العمل المقدّم هنا.