Рекордно детальные снимки показывают, что Солнце кишит вращающимися вихрями

Фото из открытых источников

Видимая поверхность Солнца характеризуется постоянными колебаниями. Огромные столбы тепла поднимаются из глубин Солнца, распространяясь наружу, охлаждаясь и рассеиваясь по краям конвекционных ячеек размером примерно с Техас.

Самый мощный солнечный телескоп на Земле, солнечный телескоп имени Дэниела К. Иноуэ, принадлежащий Национальному научному фонду США и расположенный на Гавайях, уже кардинально изменил наше понимание Солнца.

Теперь произошел огромный скачок вперед. На самых высококачественных снимках Солнца, когда-либо полученных, Иноуэ обнаружил скрытый ландшафт вихревых потоков, закручивающихся вокруг магнитных границ Солнца. Результаты исследования описаны в журнале Nature.

Эти явления известны как неустойчивости Кельвина-Гельмгольца (НГН). Теоретически они предсказывались на протяжении десятилетий, но никогда прежде не наблюдались на Солнце.

Однако новые наблюдения не просто подтверждают теорию, они предполагают, что КГЭ — это не изолированные возмущения, а почти повсеместное явление на поверхности Солнца.

«Мы были по-настоящему поражены невероятным количеством мелких деталей и динамической активности, видимых на изображениях высокого разрешения», — заявил физик-солнечник Дэвид Куридзе из Национальной солнечной обсерватории США. «Нас действительно удивило, сколько событий KHI мы обнаружили. Мы совершенно не ожидали, что они будут повсеместны на всей магнитной поверхности».

Неустойчивости Кельвина-Гельмгольца представляют собой спиралевидные структуры, образующиеся на границе раздела двух жидкостей, скользящих друг относительно друга, подобно океанским волнам или некоторым облачным образованиям.

Поскольку плазма Солнца очень турбулентна, ученые ожидали, что KHI появится и там, но предыдущие приборы и наблюдения не обладали достаточным разрешением, чтобы их увидеть.

С появлением телескопа Иноуэ ситуация изменилась. В апреле 2025 года телескоп был развернут для наблюдения за магнитно-активной областью недалеко от солнечного пятна с целью получения покадровой съемки бурлящей солнечной плазмы.

«Каждое крупное открытие, касающееся Солнца, добавляет еще один крошечный кусочек к очень большой головоломке, а у Солнца немало неразгаданных тайн», - говорит Фридрих Вёгер из Национальной солнечной обсерватории.

Когда исследователи получили данные и приступили к их обработке, они сразу поняли, что имеют дело с характерными признаками вихрей КИГ – но это была самая простая часть процесса.

«Предоставить доказательства того, что „то, что выглядит, ходит и крякает как утка, на самом деле является уткой“, гораздо сложнее, и этого можно достичь только с помощью самых высокоточных данных о поверхности Солнца, когда-либо полученных, и самых полных и подробных численных компьютерных симуляций, когда-либо проводившихся только для этой цели», — пояснил Фридрих Вёгер. «Это было очень волнительное время, потому что последствия могли быть весьма далеко идущими».

Эта кропотливая работа действительно показывает, что постоянно изменяющиеся завитки в солнечной плазме являются неустойчивостью Кильмана-Гильберта, но она также делает шаг дальше.

Наблюдения показывают, что водовороты являются почти повсеместным явлением на границах между магнитными структурами и бурлящей конвекцией вокруг них. Они продолжали появляться везде, где проводила наблюдение группа, образуясь, когда быстро движущаяся плазма срезает более медленно движущуюся плазму на магнитных границах.

Прилагаемые модели воспроизвели то же самое поведение, что позволяет предположить, что нестабильность является общей особенностью этих магнитных интерфейсов, а не редким локализованным явлением.

«Настоящим сюрпризом стало то, насколько повсеместно KHI распространен по всей поверхности», — сказал Куридзе. «Для его генерации в реальной физической системе необходим невероятно тонкий баланс между конкурирующими физическими силами. Поэтому открытие того, что эти строгие требования выполняются практически повсюду на границах магнитных элементов, просто поразительно».

Последствия этого выходят далеко за рамки знания о существовании красивых водоворотов на Солнце.

Если неустойчивость Кульбака-Гильберта действительно так широко распространена на поверхности Солнца, она может влиять на поток энергии через солнечную атмосферу почти повсюду, смешивая плазму и магнитные поля по мере их искривления и распада.

Понимание этих мелкомасштабных процессов является важным шагом на пути к объяснению более масштабных загадок, таких как неожиданно высокая температура внешней атмосферы Солнца и причины мощных извержений, определяющих космическую погоду.

«Современное общество зависит от технологий, уязвимых для космической погоды. Чтобы лучше понять и в конечном итоге спрогнозировать наиболее разрушительные явления на Солнце, мы должны сначала понять мельчайшие физические процессы, которые ими управляют», — сказал Вёгер. «Это открытие впервые раскрывает один из таких процессов на уровне детализации, которого мы раньше не наблюдали».

Даже после столетий изучения нашей ближайшей звезды, чем чётче становится изображение, тем сложнее представляется Солнце.

Иноуэ — один из наших лучших инструментов для раскрытия тайн, скрывающихся на его пылающей поверхности.

«Это открытие — лишь один важный элемент в гораздо более масштабной картине, будь то происхождение и эволюция явлений космической погоды или просто то, как функционирует Солнце», — сказал Вёгер. «Каждое крупное открытие, касающееся Солнца, добавляет еще один крошечный кусочек к очень большой головоломке, а у Солнца немало неразгаданных тайн».