Изображение поверхности Солнца (фотосферы), полученное солнечным телескопом Иноуе на длине волны 416 нанометров, демонстрирует наивысшее разрешение среди всех когда-либо сделанных снимков Солнца. На краях солнечных гранул видны бахромчатые структуры, порождающие вихревые движения. Авторы и права: NSF/NSO/AURA/MPS.
Международная группа исследователей впервые запечатлела на поверхности Солнца мельчайшие плазменные завихрения, которые способны приблизить науку к разгадке того, как наша звезда накапливает, перемещает и взрывным образом высвобождает энергию магнитного поля. Эти структуры, оставшиеся незамеченными при всех предыдущих наблюдениях, были обнаружены благодаря беспрецедентному разрешению новейшего солнечного телескопа.
К открытию причастны специалисты Национальной солнечной обсерватории Научного фонда США (NSF NSO), германского Института исследований Солнечной системы Макса Планка (MPS) и американской Высотной обсерватории (HAO). Наблюдения проводились на телескопе Дэниела К. Иноуе, принадлежащем NSF, — самом крупном солнечном инструменте в мире, созданном и эксплуатируемом NSO на Гавайях. В сочетании с передовым компьютерным моделированием телескоп позволил получить изображения, детализация которых оказалась достаточной для измерения параметров движения, ранее никогда не фиксировавшихся.
«Чтобы объяснить вихри, нам нужно было распознать структуру на поверхности Солнца размером около 20 километров. Это предел, которого может достичь даже самый большой в мире солнечный телескоп и самая современная модель», — отметил соавтор исследования Михель ван Ноорт из MPS, принимавший участие в наблюдениях, обработке данных и восстановлении изображений. Для съемки использовалась широкополосная камера, предоставленная MPS.
Что скрывают границы солнечных гранул?
Обнаруженные вихри возникают вдоль кромок гранул — ячеистых структур, плотно покрывающих видимую поверхность Солнца. Диаметр каждой гранулы обычно составляет от 500 до 2000 километров. Совокупность этих образований формирует постоянно меняющийся рисунок грануляции, который часто сравнивают с кипящей жидкостью. Такое сравнение неслучайно: горячая плазма поднимается из недр светила, охлаждается у поверхности и опускается вновь, заставляя вещество непрерывно перемешиваться.
Впервые астрономам удалось различить на краях гранул чрезвычайно мелкие бахромчатые структуры, в которых постоянно наблюдаются вихревые движения, подобные океанским волнам в момент их разрушения. Поперечник некоторых таких образований составляет чуть более 20 километров. Чтобы представить масштаб, достаточно сказать: разглядеть подобный объект на Солнце — все равно что увидеть монету достоинством в один евро с расстояния 180 километров.
Нестабильность в солнечной плазме. Исследователи полагают, что наблюдаемые закрученные потоки являются проявлением неустойчивости Кельвина-Гельмгольца — хорошо известного явления в гидродинамике. Оно возникает, когда две среды движутся рядом друг с другом с разной скоростью, и на границе раздела формируются интенсивные завихрения. Малые возмущения в таких условиях могут перерастать в волны или спиральные вихри.
Тот же фундаментальный процесс встречается в самых разнообразных средах и масштабах: на поверхности озер и в океанских волнах, при формировании облаков, в атмосферах планет-гигантов Юпитера и Сатурна, а также при взаимодействии солнечного ветра с магнитосферами планет. На границах солнечных гранул соседние слои плазмы тоже движутся с различными скоростями, что создает идеальные предпосылки для развития неустойчивости Кельвина-Гельмгольца.
Крошечные вихри могут закручивать магнитные поля. Новые наблюдения дают исследователям важный ключ к пониманию того, как Солнце запасает и высвобождает энергию своего магнитного поля, в том числе через точечные всплески, называемые нанозвездами. Согласно современным теориям, магнитная энергия накапливается по мере того, как линии магнитного поля закручиваются, наподобие того, как энергия сохраняется в туго скрученной металлической пружине. При усилении скручивания магнитная конфигурация переходит в высокоэнергетическое и нестабильное состояние.
В конечном счете накопленная энергия может высвобождаться за счет процесса, называемого «магнитным пересоединением».
овторного соединения скрученные силовые линии магнитных полей размыкаются и снова включаются в другом порядке.
Один из главных вопросов, оставшихся без ответа, заключается в том, что вообще заставляет эти силовые линии магнитного поля скручиваться.
Недавно обнаруженные вихри могут частично дать ответ. Поскольку исследователи обнаружили, что эти маленькие водовороты постоянно вращаются везде, где магнитное поле достаточно сильное, вихри могут превращаться в механизм скручивания силовых линий магнитных полей Солнца.
Возможный ключ к разгадке магнитного цикла Солнца
Анализ также показывает, что мини-вихри очень эффективны при перемешивании намагниченной и ненамагниченной зоны на поверхности Солнца. Это вращение может помочь магнитным полям быстро перемещаться от поверхности вверх в атмосферу Солнца.
Изменения магнитного поля Солнца определяют его примерно одиннадцатилетний цикл активности, который является исключительно быстрым в масштабах перемещения. Для магнитной «рамки» Солнца; Чтобы это быстро измениться, магнитный поток должен эффективно переноситься через солнечную атмосферу.
Существующие модели с трудом объясняются, поскольку это распространение может происходить так быстро. Недавно идентифицированные изображения также могут стать важной частью этой головоломки.
«Недавно обнаруженные плазменные вихри впечатляюще развиваются, как мельчайшие процессы — на пределе того, что мы можем разрешить с помощью всех доступных методов — оценки определения природы нашей звезды», — сказал он. сказал Сами К. Соланки, директор MPS и соавтор новой публикации.