На поверхности Солнца обнаружены крошечные вихри
Астрономы впервые смогли наблюдать на поверхности Солнца мельчайшие плазменные вихри, существование которых ранее оставалось недоступным для наблюдений. Открытие было сделано благодаря крупнейшему в мире солнечному телескопу Daniel K. Inouye и высокоточному компьютерному моделированию. Исследователи считают, что именно эти структуры могут играть важную роль в накоплении и высвобождении магнитной энергии звезды.
Наблюдения выполнили специалисты Национальной солнечной обсерватории США (NSF NSO), Института исследований Солнечной системы Общества Макса Планка (MPS) и Высотной обсерватории США (HAO). Для регистрации мельчайших деталей использовалась широкополосная камера, разработанная в MPS.
Самое детальное изображение фотосферы Солнца, полученное в длине волны 416 нанометров, позволило различить структуры размером около 20 километров. Для сравнения, такая детализация сопоставима с возможностью различить пятирублёвую монету с расстояния около 180 километров.
Вихри возникают на границах солнечных гранул — гигантских конвективных ячеек диаметром от 500 до 2 000 километров, покрывающих всю видимую поверхность звезды. Горячая плазма поднимается из недр Солнца, охлаждается, после чего вновь опускается вниз, формируя характерный рисунок, напоминающий кипящую жидкость.
На краях гранул исследователи обнаружили тонкие бахромчатые структуры шириной всего около 20 километров. Последовательность снимков показала, что эти образования постоянно закручиваются, образуя миниатюрные вихри, внешне напоминающие гребни морских волн во время прибоя.
По мнению авторов работы, наблюдаемое явление представляет собой неустойчивость Кельвина—Гельмгольца — хорошо известный эффект гидродинамики, возникающий при движении двух потоков жидкости или газа с разной скоростью. Из-за возникающих сдвиговых напряжений небольшие возмущения быстро превращаются в волны и вихри.
Подобные процессы ранее наблюдались в атмосферах Юпитера и Сатурна, в земных облаках, на поверхности озёр и океанов, а также при взаимодействии солнечного ветра с магнитосферами планет. Теперь аналогичный механизм впервые удалось непосредственно обнаружить и на поверхности Солнца.
Особый интерес открытие представляет для изучения солнечного магнитного поля. Согласно современным представлениям, энергия в нём накапливается по мере того, как магнитные силовые линии закручиваются подобно сжатой пружине. При последующем магнитном пересоединении накопленная энергия резко высвобождается, вызывая вспышки и другие проявления солнечной активности.
До сих пор оставалось неизвестно, какой именно процесс приводит к закручиванию магнитных линий. Новые наблюдения показывают, что обнаруженные плазменные вихри могут постоянно выполнять эту роль там, где магнитное поле достаточно сильное.
Анализ также показал, что миниатюрные вихри эффективно перемешивают на поверхности Солнца намагниченную и ненамагниченную плазму. Это может значительно ускорять перенос магнитного потока в верхние слои солнечной атмосферы и объяснить, почему магнитное поле нашей звезды способно столь быстро изменяться в рамках 11-летнего цикла солнечной активности.
По словам исследователей, существующие модели пока не способны полностью объяснить столь быстрое распространение магнитного поля. Новое открытие может стать важным шагом к пониманию процессов, управляющих эволюцией магнитного поля Солнца и возникновением солнечных вспышек.
Исследование в журнале Nature.