Новый взгляд на поверхность Солнца: открытие неустойчивости Кельвина-Гельмгольца

Ученые получили самые детальные на сегодняшний день изображения солнечной поверхности, которые позволили зафиксировать загадочные физические процессы с беспрецедентным разрешением. Команда исследователей из Национальной солнечной обсерватории США (NSF NSO), Высокогорной обсерватории при Национальном центре атмосферных исследований (NSF NCAR HAO) и Института исследований Солнечной системы Макса Планка (Германия) использовала крупнейший в мире солнечный телескоп имени Дэниела К. Иноуэ. С его помощью удалось обнаружить присутствие неустойчивости Кельвина-Гельмгольца (KHI) на поверхности нашей звезды.

Согласно пояснениям Национальной солнечной обсерватории, KHI представляет собой эффект, вызванный движением жидкостей: он проявляется, когда два потока скользят друг относительно друга с разными скоростями. Это создает «сдвиг» на границе раздела сред, из-за чего незначительные возмущения со временем превращаются в отчетливые волнообразные или спиралевидные вихри, напоминающие разбивающиеся океанские волны. Хотя концепция KHI была сформулирована лордом Кельвином и Германом фон Гельмгольцем еще около 1870 года и с тех пор наблюдалась в различных областях физики — от гидродинамики и океанографии до астрофизики, — до настоящего момента ее не удавалось зафиксировать на Солнце с такой высокой точностью.

Магнитные вихри как двигатель солнечной активности

Новые снимки высокого разрешения и таймлапс-видео, полученные с помощью телескопа Иноуэ, демонстрируют деформированные границы магнитных элементов и ультратонкие полосчатые структуры. Оба этих явления тесно связаны с проявлением неустойчивости Кельвина-Гельмгольца. Исследователей особенно привлекают «вихревые потоки магнитной солнечной плазмы», поскольку они могут выступать в роли ключевой движущей силы солнечной активности, непосредственно влияющей на космическую погоду и вызывающей помехи в работе земных коммуникационных технологий.

Существует ведущая теория, согласно которой Солнце аккумулирует магнитную энергию посредством процесса под названием «магнитное переплетение» (flux braiding), при котором линии магнитного поля скручиваются между собой, подобно прядям в косе. Природа первопричин этого явления до сих пор остается неясной, однако ученые предполагают, что именно вихревые структуры, возникающие вследствие KHI, могут быть недостающим звеном в этом процессе. В обсерватории отмечают, что, поскольку эти вихри возникают постоянно и повсеместно на тех участках поверхности Солнца, где магнитное поле обладает достаточной силой, они могут служить своеобразным «двигателем», который непрерывно скручивает линии магнитного поля, запуская всю цепочку физических процессов.

Научная значимость и перспективы исследований

Доктор Фридрих Вёгер, старший научный сотрудник Национальной солнечной обсерватории, подчеркивает, что открытие неустойчивости Кельвина-Гельмгольца — это лишь первый шаг к пониманию связи между движением намагниченной плазмы и механизмами переноса энергии в верхние слои солнечной атмосферы. В свою очередь, доктор Маттиас Ремпел из Высокогорной обсерватории добавляет, что наблюдения высочайшего разрешения в фотосфере Солнца выявили новый динамический режим в форме KH-вихрей по краям концентраций магнитных полей. Эти данные также обеспечивают уникальное подтверждение точности современных магнитогидродинамических моделей Солнца, причем соответствие между компьютерными симуляциями и реально наблюдаемыми физическими деталями поражает.

Исследовательская группа уже опубликовала результаты своей работы под названием «Повсеместные неустойчивости Кельвина-Гельмгольца, управляющие перемешиванием плазмы на Солнце» в научном журнале Nature. Помимо колоссальной научной ценности, полученные визуальные материалы отличаются невероятной эстетической выразительностью, позволяя взглянуть на Солнце совершенно по-новому.

Источник: petapixel.com