Ученые впервые увидели крошечные вихри на поверхности Солнца

Исследование опубликовано в журнале Nature.

Наблюдения провели с помощью четырехметрового Солнечного телескопа имени Дэниела Иноуэ, расположенного на Гавайях. Исследователи получили последовательность изображений активной области Солнца на длине волны 416 нанометров.

Разрешение снимков достигало примерно 19 километров — предельного показателя для этого инструмента на выбранной длине волны. Для сравнения, различить такую структуру с Земли было бы примерно так же сложно, как увидеть монету с расстояния около 180 километров.

Ученые проанализировали 47 заметных вихрей. Размеры выявленных структур составляли примерно от 25 до 170 километров, а характерное расстояние между ними — около 65 километров. Некоторые вихри перемещались вдоль границ магнитных областей со скоростью до трех километров в секунду.

Детали

Фотосфера покрыта гранулами — ячейками, образованными конвекцией. Горячая плазма поднимается из глубины Солнца в центре гранулы, остывает и опускается обратно по ее краям.

На новых снимках границы гранул выглядели не гладкими, а покрытыми тонкими полосами и завитками. На последовательных кадрах эти структуры двигались подобно гребням разбивающихся морских волн.

Особенно часто вихри возникали там, где обычная плазма соприкасалась с областями концентрированного магнитного поля. Компьютерное моделирование воспроизвело практически такие же структуры, что подтвердило физическую интерпретацию наблюдений.

Что такое неустойчивость Кельвина — Гельмгольца

Авторы считают, что обнаружили проявления неустойчивости Кельвина — Гельмгольца. Она возникает, когда соседние слои жидкости, газа или плазмы движутся с разной скоростью.

На границе потоков появляются сдвиговые силы. Небольшие возмущения постепенно усиливаются и превращаются в волны или вихри. Похожее явление можно наблюдать в морских волнах, облаках, атмосферах Юпитера и Сатурна, а также на границах планетарных магнитосфер.

Существование таких неустойчивостей в фотосфере предсказывали теоретические модели, однако раньше телескопам не хватало разрешения, чтобы непосредственно увидеть их на столь малом масштабе.

Расчеты показали, что вихри способны эффективно перемешивать намагниченную и почти ненамагниченную плазму. Они также деформируют границы магнитных областей и способствуют развитию турбулентности.

По мнению ученых, этот процесс может объяснить, как магнитный поток распространяется и рассеивается в фотосфере быстрее, чем предсказывали прежние модели.

Кроме того, вихревые движения могут закручивать и переплетать линии магнитного поля — подобно тому, как скручивается пружина. В результате в магнитной структуре накапливается энергия, которая позднее может высвобождаться во время магнитного пересоединения.

Могут ли вихри влиять на солнечные вспышки

Движения в фотосфере считаются одним из источников свободной магнитной энергии, которая питает различные проявления солнечной активности — от небольших выбросов до вспышек и корональных выбросов массы.

Авторы предполагают, что повсеместно возникающие микровихри могут служить одним из механизмов переплетения магнитного потока. Это делает их потенциально важной частью процессов накопления и высвобождения энергии на Солнце.

Однако исследование не доказывает, что обнаруженные структуры непосредственно запускают солнечные вспышки или определяют 11-летний цикл активности. Ученым еще предстоит оценить, сколько энергии переносят эти вихри и насколько велик их вклад в общую динамику магнитного поля.

Почему это важно

Открытие показывает, что процессы на масштабах всего нескольких десятков километров могут влиять на значительно более крупные магнитные структуры Солнца.

Новые данные помогут уточнить модели солнечной активности и лучше понять, как энергия движется от фотосферы в верхние слои атмосферы звезды. В перспективе это может улучшить физические модели вспышек и других явлений космической погоды.

При этом выражение «поверхность Солнца» условно: у звезды нет твердой оболочки. Наблюдения относятся к фотосфере — видимому слою плазмы, откуда к Земле поступает основная часть солнечного света.

Источник

Исследование: David Kuridze и соавт. Ubiquitous Kelvin–Helmholtz instabilities driving plasma mixing on the Sun.

Журнал: Nature, 2026.