L'attività magnetica del sole segue un ciclo di 11 anni. Nel corso di un ciclo solare, l'attività magnetica del sole va e viene. Durante il massimo solare, grandi macchie solari e regioni attive compaiono sulla superficie del sole. Spettacolari anelli di plasma caldo si estendono attraverso l'atmosfera del sole ed eruzioni di particelle e radiazioni si propagano nello spazio interplanetario. Durante il minimo solare, il sole si calma notevolmente. Una sorprendente regolarità appare nel cosiddetto diagramma a farfalla, che descrive la posizione delle macchie solari in un grafico tempo-latitudine. All'inizio di un ciclo solare, le macchie solari emergono alle medie latitudini. Man mano che il ciclo procede, emergono sempre più vicino all'equatore. Per spiegare questo "diagramma a farfalla, I fisici solari sospettano che il campo magnetico profondo sia portato verso l'equatore da un flusso su larga scala.

"Nel corso di un ciclo solare, il flusso meridionale funge da nastro trasportatore che trascina il campo magnetico e determina il periodo del ciclo solare, " afferma il Prof. Dr. Laurent Gizon, Direttore MPS e primo autore del nuovo studio. "Vedere la geometria e l'ampiezza dei movimenti all'interno del sole è essenziale per comprendere il campo magnetico del sole, " aggiunge. A tal fine, Gizon e il suo team hanno usato l'eliosismologia per mappare il flusso di plasma sotto la superficie del sole.

L'eliosismologia sta alla fisica solare come la sismologia sta alla geofisica. Gli eliosismologi usano le onde sonore per sondare l'interno del sole, allo stesso modo i geofisici usano i terremoti per sondare l'interno della Terra. Le onde sonore solari hanno periodi vicini ai cinque minuti e sono continuamente eccitate dalla convezione vicino alla superficie. I movimenti associati alle onde sonore solari possono essere misurati alla superficie del sole da telescopi su veicoli spaziali oa terra. In questo studio, Gizon e il suo team hanno utilizzato osservazioni di onde sonore in superficie che si propagano in direzione nord-sud attraverso l'interno solare. Queste onde sono perturbate dal flusso meridionale:viaggiano più velocemente lungo il flusso che contro il flusso. Queste perturbazioni del tempo di viaggio molto piccole (meno di 1 secondo) sono state misurate con molta attenzione e sono state interpretate per dedurre il flusso meridionale utilizzando modelli matematici e computer.

Perché è piccolo, il flusso meridionale è estremamente difficile da vedere nell'interno solare. "Il flusso meridionale è molto più lento di altre componenti del movimento, come la rotazione differenziale del sole, " Spiega Gizon. Il flusso meridionale in tutta la zona di convezione non supera il suo valore massimo di superficie di 50 chilometri all'ora.

"Per ridurre il livello di rumore nelle misurazioni eliosismiche, è necessario fare la media delle misurazioni su periodi di tempo molto lunghi, " dice il dottor Zhi-Chao Liang di MPS.

Il team di scienziati ha analizzato, per la prima volta, due serie temporali di dati molto lunghe e indipendenti. Uno è stato fornito da SOHO, il più antico osservatorio solare nello spazio gestito da ESA e NASA. I dati presi dal Michelson Doppler Imager (MDI) di SOHO coprono il periodo dal 1996 al 2011. Un secondo set di dati indipendente è stato fornito dal Global Oscillation Network Group (GONG), che combina sei telescopi solari terrestri negli Stati Uniti, Australia, India, Spagna, e il Cile per offrire osservazioni quasi continue del sole dal 1995. "La comunità internazionale di fisica solare deve essere lodata per aver fornito più set di dati che coprono gli ultimi due cicli solari, "dice il dottor John Leibacher, un ex direttore del progetto GONG. "Ciò rende possibile fare la media su lunghi periodi di tempo e confrontare le risposte, che è assolutamente essenziale per convalidare le inferenze."

Gizon e il suo team scoprono che il flusso è verso l'equatore alla base della zona di convezione, con una velocità di soli 15 chilometri orari (velocità di marcia). Il flusso sulla superficie solare è diretto ai poli e raggiunge i 50 chilometri orari. Il quadro generale è che il plasma gira in un ciclo gigantesco in ciascun emisfero. Sorprendentemente, il tempo impiegato dal plasma per completare il ciclo è di circa 22 anni, e questo fornisce la spiegazione fisica del ciclo di undici anni del sole. Inoltre, le macchie solari emergono più vicino all'equatore man mano che il ciclo solare progredisce, come si vede nel diagramma a farfalla. "Tutto sommato, il nostro studio supporta l'idea di base che la deriva equatoriale dei luoghi in cui emergono le macchie solari è dovuta ai flussi meridionali sottostanti, " afferma il dottor Robert Cameron di MPS.

"Resta da capire perché il flusso solare meridionale assomigli a quello che sembra, e quale ruolo gioca il flusso meridionale nel controllo dell'attività magnetica su altre stelle, " aggiunge Laurent Gizon.