Вчені вперше побачили крихітні вихори на поверхні Сонця

Дослідження опубліковано в журналі Nature.

Спостереження проводили за допомогою чотириметрового сонячного телескопа імені Деніела Іноуе, розташованого на Гаваях. Дослідники отримали серію зображень активної області Сонця на довжині хвилі 416 нанометрів.

Роздільна здатність знімків сягала приблизно 19 кілометрів — граничного показника для цього інструменту на обраній довжині хвилі. Для порівняння, розрізнити таку структуру з Землі було б приблизно так само складно, як побачити монету з відстані близько 180 кілометрів.

Вчені проаналізували 47 помітних вихорів. Розміри виявлених структур становили приблизно від 25 до 170 кілометрів, а характерна відстань між ними — близько 65 кілометрів. Деякі вихори переміщалися вздовж меж магнітних областей зі швидкістю до трьох кілометрів на секунду.

Деталі

Фотосфера вкрита гранулами — осередками, утвореними конвекцією. Гаряча плазма піднімається з глибини Сонця в центрі гранули, охолоджується й опускається назад по її краях.

На нових знімках межі гранул виглядали не гладкими, а вкритими тонкими смугами та завитками. На послідовних кадрах ці структури рухалися подібно до гребенів морських хвиль, що розбиваються.

Особливо часто вихори виникали там, де звичайна плазма стикалася з ділянками концентрованого магнітного поля. Комп’ютерне моделювання відтворило практично такі самі структури, що підтвердило фізичну інтерпретацію спостережень.

Що таке нестійкість Кельвіна — Гельмгольца

Автори вважають, що виявили прояви нестійкості Кельвіна — Гельмгольца. Вона виникає, коли сусідні шари рідини, газу або плазми рухаються з різною швидкістю.

На межі потоків виникають зсувні сили. Невеликі збурення поступово посилюються й перетворюються на хвилі або вихори. Схоже явище можна спостерігати в морських хвилях, хмарах, атмосферах Юпітера та Сатурна, а також на межі планетарних магнітосфер.

Існування таких нестійкостей у фотосфері передбачали теоретичні моделі, однак раніше телескопам не вистачало роздільної здатності, щоб безпосередньо побачити їх у такому малому масштабі.

Розрахунки показали, що вихори здатні ефективно перемішувати намагнічену та майже ненамагнічену плазму. Вони також деформують межі магнітних областей і сприяють розвитку турбулентності.

На думку вчених, цей процес може пояснити, як магнітний потік поширюється й розсіюється у фотосфері швидше, ніж передбачали попередні моделі.

Крім того, вихрові рухи можуть закручувати й переплітати лінії магнітного поля — подібно до того, як скручується пружина. У результаті в магнітній структурі накопичується енергія, яка згодом може вивільнятися під час магнітного перез’єднання.

Чи можуть вихори впливати на сонячні спалахи

Рухи у фотосфері вважаються одним із джерел вільної магнітної енергії, яка живить різні прояви сонячної активності — від невеликих викидів до спалахів і корональних викидів маси.

Автори припускають, що мікровихори, які виникають повсюдно, можуть слугувати одним із механізмів переплетення магнітного потоку. Це робить їх потенційно важливою частиною процесів накопичення та вивільнення енергії на Сонці.

Однак дослідження не доводить, що виявлені структури безпосередньо запускають сонячні спалахи або визначають 11-річний цикл активності. Вченим ще належить оцінити, скільки енергії переносять ці вихори та наскільки великий їхній внесок у загальну динаміку магнітного поля.

Чому це важливо

Це відкриття показує, що процеси, які відбуваються на масштабах усього кількох десятків кілометрів, можуть впливати на значно більші магнітні структури Сонця.

Нові дані допоможуть уточнити моделі сонячної активності та краще зрозуміти, як енергія рухається від фотосфери до верхніх шарів атмосфери зірки. У перспективі це може покращити фізичні моделі спалахів та інших явищ космічної погоди.

При цьому поняття «поверхня Сонця» є умовним: у зірки немає твердої оболонки. Спостереження стосуються фотосфери — видимого шару плазми, звідки до Землі надходить основна частина сонячного світла.

Джерело

Дослідження: David Kuridze та співавт. Ubiquitous Kelvin–Helmholtz instabilities driving plasma mixing on the Sun.

Журнал: Nature, 2026.