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Ley de Hale

La ley de Hale ilustrada con grupos de manchas solares. Cada mancha está etiquetada con una N (para el Norte) o una S (para el Sur) indicando su polaridad magnética. Cada grupo de manchas solares está compuesto por dos manchas de polaridad opuesta, con la más a la derecha a la cabeza y la más a la izquierda a la cola.
Las regiones activas suelen ser bipolares, con dos polos de polaridad magnética opuesta enraizados en la fotosfera.

En física solar , la ley de Hale , también conocida como ley de polaridad de Hale o ley de Hale-Nicholson , es una ley empírica para la orientación de los campos magnéticos en las regiones solares activas .

Se aplica a regiones activas simples que tienen configuraciones de campo magnético bipolar donde una polaridad magnética es la principal con respecto a la dirección de rotación solar . La ley de Hale establece que, en el mismo hemisferio solar norte o sur, dichas regiones activas tienen la misma polaridad magnética principal; que, en hemisferios opuestos, dichas regiones activas tienen la polaridad principal opuesta; y que, de un ciclo de manchas solares al siguiente, estas polaridades se invierten. Recibe su nombre en honor a George Ellery Hale y Seth Barnes Nicholson , cuyas observaciones de los campos magnéticos de las regiones activas llevaron a la formulación de la ley a principios del siglo XX.

La ley de Hale, junto con la ley de Joy y la ley de Spörer , proporciona restricciones observacionales para los modelos del dinamo solar , que genera el campo magnético del Sol. La ley de Hale sugiere que las regiones activas se originan a partir de un campo magnético toroidal altamente organizado en el interior del Sol que invierte la polaridad a través del ecuador y alterna la polaridad entre los ciclos de manchas solares.

Historia

El campo magnético solar fue detectado por primera vez en 1908 por George Ellery Hale , cuando demostró mediante observaciones que las manchas solares tenían campos magnéticos bipolares fuertes. [1] Con estas observaciones, Hale también notó que la mayoría de los grupos de manchas solares dentro del mismo hemisferio solar norte o sur compartían la misma polaridad principal y que este patrón se invertía a lo largo del ecuador. A medida que el ciclo solar 14 se transformaba en el ciclo solar 15 , Hale y sus colaboradores llevaron a cabo más observaciones. En 1919, su trabajo reveló que la polaridad magnética de los pares de manchas solares dentro de ambos hemisferios se invertía de un ciclo de manchas solares de 11 años al siguiente. Estos patrones se conocieron colectivamente como la ley de polaridad de Hale , o simplemente la ley de Hale . [2] [3]

Definición

Los magnetogramas fotoesféricos tomados durante los ciclos solares 24 y 25 demuestran la ley de Hale. Aquí, los parches blancos indican líneas de campo magnético que apuntan hacia afuera de la página, mientras que los parches negros indican líneas de campo magnético que apuntan hacia adentro de la página. Las regiones activas bipolares aparecen como pares de estos parches negros y blancos. En estos magnetogramas, la polaridad principal de una región activa dada es la polaridad más a la derecha.

La ley de Hale describe la polaridad magnética asociada a las regiones solares activas. El campo magnético de la mayoría de las regiones activas puede ser aproximado por un par de monopolos magnéticos de polaridad opuesta, en cuyo caso la región se denomina región activa bipolar . Estos polos están generalmente orientados de manera que un polo está adelantado con respecto a la dirección de rotación solar y el otro está retrasado. [4]

La ley de Hale establece que las regiones activas bipolares tienen las siguientes propiedades dependiendo de si la región está ubicada en el hemisferio solar norte o sur: [2]

Regiones anti-Hale

Las regiones activas bipolares que violan la ley de Hale se conocen como regiones anti-Hale . Las estimaciones del porcentaje de regiones activas bipolares que violan la ley de Hale han oscilado entre el 2 y el 9%. [5] [6] Las regiones activas pequeñas, débiles y efímeras violan la ley de Hale con más frecuencia que el promedio, con un número relativo de alrededor del 40%. En contraste, solo el 4% de las regiones activas de tamaño mediano a grande violan la ley de Hale. [7] [8] Además, las regiones anti-Hale, y las regiones pequeñas en general, tienden a tener un ángulo de orientación, o inclinación, que no sigue la ley de Joy y se ha descubierto que son más frecuentes durante los mínimos solares. [9] [10] [11] [12]

Ciclo de Hale

Dado que la ley de Hale establece que las polaridades magnéticas principales de cada hemisferio se alternan entre los ciclos de manchas solares, se necesitan dos ciclos completos para que las polaridades principales vuelvan a su patrón original. Esto indica que el ciclo de manchas solares de aproximadamente 11 años es la mitad de un ciclo magnético de 22 años, al que a veces se denomina ciclo de Hale . [13]

Dinamo solar

La ley de Hale tiene implicaciones importantes para el campo magnético interno del Sol y el dinamo que lo impulsa. Es decir, la observación de que las regiones activas en un hemisferio norte-sur dado tienen todas la misma polaridad magnética principal sugiere que su aparición es la manifestación de un campo magnético altamente organizado, alineado de este a oeste, o toroidal , en el interior del Sol. Además, las observaciones de que la polaridad del campo magnético principal se invierte a lo largo del ecuador y se alterna entre ciclos sucesivos de manchas solares sugieren además que dicho campo toroidal también invierte la polaridad a lo largo del ecuador y alterna polaridades entre ciclos. [14] [15] [16] [17]

La ley de Hale, junto con la ley de Joy para la inclinación de los grupos de manchas solares y la ley de Spörer para la variación de las latitudes de las regiones activas, proporciona fuertes restricciones observacionales para los modelos del dinamo solar. [4] Por ejemplo, según el mecanismo de Babcock-Leighton para el dinamo solar, el campo toroidal implícito en la ley de Hale es el resultado de la rotación diferencial solar latitudinal que forma un campo magnético alineado de norte a sur, o poloidal. [17]

Véase también

Referencias

  1. ^ Hale, GE (1908). "Sobre la probable existencia de un campo magnético en las manchas solares". The Astrophysical Journal . 28 : 315. Bibcode :1908ApJ....28..315H. doi : 10.1086/141602 .
  2. ^ ab Hale, George E.; Ellerman, Ferdinand; Nicholson, SB; Joy, AH (abril de 1919). "La polaridad magnética de las manchas solares". The Astrophysical Journal . 49 : 153. Bibcode :1919ApJ....49..153H. doi : 10.1086/142452 .
  3. ^ Charbonneau, P.; White, OR (18 de abril de 1995). "Ley de polaridad de las manchas solares de Hale". www2.hao.ucar.edu . Observatorio de gran altitud . Archivado desde el original el 19 de agosto de 2021 . Consultado el 20 de agosto de 2021 .
  4. ^ ab van Driel-Gesztelyi, Lidia; Green, Lucie May (diciembre de 2015). "Evolución de las regiones activas". Living Reviews in Solar Physics . 12 (1). Código Bibliográfico :2015LRSP...12....1V. doi : 10.1007/lrsp-2015-1 .
  5. ^ Hale, George E.; Nicholson, Seth B. (noviembre de 1925). "La ley de la polaridad de las manchas solares". The Astrophysical Journal . 62 : 270. Bibcode : 1925ApJ....62..270H . doi :10.1086/142933. S2CID  40084431.
  6. ^ Richardson, Robert S. (enero de 1948). "Grupos de manchas solares de polaridad magnética irregular". The Astrophysical Journal . 107 : 78. Bibcode :1948ApJ...107...78R. doi :10.1086/144988. ISSN  0004-637X. Archivado desde el original el 20 de agosto de 2021 . Consultado el 20 de agosto de 2021 .
  7. ^ Zhukova, Anastasiya; Khlystova, Anna; Abramenko, Valentina; Sokoloff, Dmitry (diciembre de 2020). "Un catálogo de regiones activas bipolares que violan la ley de polaridad de Hale, 1989-2018". Física solar . 295 (12): 165. arXiv : 2010.14413 . Código Bibliográfico :2020SoPh..295..165Z. doi :10.1007/s11207-020-01734-9. S2CID  225076009.
  8. ^ Hagenaar, Hermance J. (julio de 2001). "Regiones efímeras en una secuencia de magnetogramas de imágenes Doppler de Michelson de disco completo". The Astrophysical Journal . 555 (1): 448–461. Bibcode :2001ApJ...555..448H. doi : 10.1086/321448 . S2CID  121706849.
  9. ^ Li, Jing (2 de noviembre de 2018). "Un estudio sistemático de los parámetros físicos de las manchas solares Hale y Anti-Hale". The Astrophysical Journal . 867 (2): 89. arXiv : 1809.08980 . Bibcode :2018ApJ...867...89L. doi : 10.3847/1538-4357/aae31a .
  10. ^ Howard, Robert F. (1989). "Los campos magnéticos de las regiones activas: I. Datos y primeros resultados". Física solar . 123 (2): 271–284. Código Bibliográfico :1989SoPh..123..271H. doi :10.1007/BF00149106. S2CID  125590815. Archivado desde el original el 20 de agosto de 2021 . Consultado el 20 de agosto de 2021 .
  11. ^ Stenflo, JO; Kosovichev, AG (1 de febrero de 2012). "Regiones magnéticas bipolares en el Sol: análisis global del conjunto de datos SOHO/MDI". The Astrophysical Journal . 745 (2): 129. arXiv : 1112.5226 . Bibcode :2012ApJ...745..129S. doi :10.1088/0004-637X/745/2/129.
  12. ^ Zhukova, A; Khlystova, A; Abramenko, V; Sokoloff, D (22 de marzo de 2022). "Ciclo solar sintético para regiones activas que violan la ley de polaridad de Hale". Monthly Notices of the Royal Astronomical Society . 512 (1): 1365–1370. arXiv : 2203.01274 . Código Bibliográfico :2022MNRAS.512.1365Z. doi : 10.1093/mnras/stac597 .
  13. ^ Hathaway, David H. (diciembre de 2015). "El ciclo solar". Living Reviews in Solar Physics . 12 (1): 4. arXiv : 1502.07020 . Bibcode :2015LRSP...12....4H. doi : 10.1007/lrsp-2015-4 . PMC 4841188 . PMID  27194958. 
  14. ^ Cameron, RH; Dikpati, M.; Brandenburg, A. (septiembre de 2017). "El dinamo solar global". Space Science Reviews . 210 (1–4): 367–395. arXiv : 1602.01754 . Código Bibliográfico :2017SSRv..210..367C. doi : 10.1007/s11214-015-0230-3 .
  15. ^ Cameron, Robert (abril de 2020). "Solar Dynamo". En Foster, Brian (ed.). Oxford Research Encyclopedia of Physics . Oxford University Press. Código Bibliográfico : 2020orep.book...11C. doi : 10.1093/acrefore/9780190871994.013.11. ISBN 978-0-19-087199-4.
  16. ^ Charbonneau, Paul (18 de agosto de 2014). "Teoría del dínamo solar". Revista anual de astronomía y astrofísica . 52 (1): 251–290. Código Bibliográfico :2014ARA&A..52..251C. doi : 10.1146/annurev-astro-081913-040012 .
  17. ^ ab Charbonneau, Paul (diciembre de 2020). "Modelos de dinamo del ciclo solar". Living Reviews in Solar Physics . 17 (1): 4. Bibcode :2020LRSP...17....4C. doi : 10.1007/s41116-020-00025-6 .