Solens magnetiska aktivitet följer en 11-årig cykel. Under loppet av en solcykel, solens magnetiska aktivitet kommer och går. Under solmax, stora solfläckar och aktiva områden visas på solens yta. Spektakulära slingor av het plasma sträcker sig genom solens atmosfär och utbrott av partiklar och strålning skjuter in i det interplanetära rymden. Under solminimum, solen lugnar ner sig rejält. En slående regelbundenhet visas i det så kallade fjärilsdiagrammet, som beskriver solfläckarnas position i en tid-latitud plot. I början av en solcykel, solfläckar dyker upp på medelbreddgrader. När cykeln fortskrider, de kommer fram närmare och närmare ekvatorn. För att förklara detta "fjärilsdiagram, " Solfysiker misstänker att det djupa magnetfältet förs mot ekvatorn av ett storskaligt flöde.

"Under loppet av en solcykel, meridionalflödet fungerar som ett transportband som drar med sig magnetfältet och ställer in perioden för solcykeln, " säger Prof. Dr. Laurent Gizon, MPS-direktör och första författare till den nya studien. "Att se geometrin och amplituden av rörelser i solens inre är viktigt för att förstå solens magnetfält, " tillägger han. För detta ändamål, Gizon och hans team använde helioseismologi för att kartlägga plasmaflödet under solens yta.

Helioseismologi är för solfysik vad seismologi är för geofysik. Helioseismologer använder ljudvågor för att undersöka solens inre, på ungefär samma sätt använder geofysiker jordbävningar för att undersöka jordens inre. Solljudvågor har perioder nära fem minuter och exciteras kontinuerligt av konvektion nära ytan. Rörelserna i samband med solljudvågor kan mätas vid solens yta med teleskop på rymdfarkoster eller på marken. I den här studien, Gizon och hans team använde observationer av ljudvågor vid ytan som fortplantar sig i nord-sydlig riktning genom solens inre. Dessa vågor störs av meridionalflödet:de färdas snabbare längs flödet än mot flödet. Dessa mycket små restidsstörningar (mindre än 1 sekund) mättes mycket noggrant och tolkades för att härleda meridionalflödet med hjälp av matematisk modellering och datorer.

Eftersom den är liten, meridionalflödet är extremt svårt att se i solens inre. "Meridionalflödet är mycket långsammare än andra komponenter i rörelse, såsom solens differentialrotation, " förklarar Gizon. Meridionalflödet genom konvektionszonen är inte mer än dess maximala ytvärde på 50 kilometer i timmen.

"För att minska ljudnivån i de helioseismiska mätningarna, det är nödvändigt att göra ett medelvärde av mätningarna över mycket långa tidsperioder, " säger Dr Zhi-Chao Liang från MPS.

Teamet av forskare analyserade, för första gången, två oberoende mycket långa tidsserier av data. En tillhandahölls av SOHO, det äldsta solobservatoriet i rymden som drivs av ESA och NASA. Data som tagits av SOHO:s Michelson Doppler Imager (MDI) täcker tiden från 1996 till 2011. En andra oberoende datamängd tillhandahölls av Global Oscillation Network Group (GONG), som kombinerar sex markbaserade solteleskop i USA, Australien, Indien, Spanien, och Chile för att erbjuda nästan kontinuerliga observationer av solen sedan 1995. "Det internationella solfysiksamfundet ska berömmas för att ha levererat flera datauppsättningar som täcker de två senaste solcyklerna, " säger Dr John Leibacher, en tidigare chef för GONG-projektet. "Detta gör det möjligt att göra ett genomsnitt över långa tidsperioder och att jämföra svar, vilket är absolut nödvändigt för att validera slutsatser."

Gizon och hans team finner att flödet är ekvatorrikt vid basen av konvektionszonen, med en hastighet på endast 15 kilometer i timmen (körhastighet). Flödet vid solytan är polriktigt och når upp till 50 kilometer i timmen. Den övergripande bilden är att plasmat går runt i en gigantisk slinga i varje halvklot. Anmärkningsvärt, tiden det tar för plasman att slutföra slingan är ungefär 22 år – och detta ger den fysiska förklaringen till solens elvaåriga cykel. solfläckar dyker upp närmare ekvatorn när solcykeln fortskrider, som framgår av fjärilsdiagrammet. "Allt som allt, vår studie stöder den grundläggande idén att ekvatorns drift av de platser där solfläckar dyker upp beror på de underliggande meridionalflödena, " säger Dr Robert Cameron från MPS.

"Det återstår att förstå varför solmeridionalflödet ser ut som det gör, och vilken roll meridionalflödet spelar för att kontrollera magnetisk aktivitet på andra stjärnor, ", tillägger Laurent Gizon.