Международная группа астрономов из Национальной солнечной обсерватории США, Института исследований Солнечной системы Макса Планка и Высотной обсерватории представила в журнале Nature результаты наблюдений за поверхностью Солнца, в ходе которых были обнаружены сверхмалые плазменные вихри.
Астрономы нашли на Солнце плазменные вихри размером с небольшой город: именно они запускают самые мощные вспышки
Ученые считают, что именно эти структуры являются пусковым крючком для магнитных бурь, влияющих на работу спутников и электросетей на Земле.
Unsplash
Открытие было сделано при помощи самого мощного наземного солнечного телескопа имени Дэниела К. Иноуэ, расположенного на Гавайях. Прибор с четырехметровым зеркалом позволил ученым зафиксировать структуры диаметром всего около 20 километров, что является пределом разрешения современной техники.
Для образности ученые привели в пример монету достоинством один евро или диаметром 23 миллиметра, которую надо рассмотреть с расстояния в 180 километров.
Ранее подобные образования оставались невидимыми, так как основную часть фотосферы Солнца занимают гранулы — конвективные ячейки диаметром от 500 до 2000 километров. Эти образования напоминают пузырьки в кипящей воде: горячая плазма поднимается в центре гранулы, остывает и опускается по ее краям.
Именно на границах этих огромных структур исследователи заметили необычные динамичные объекты, напоминающие по форме перья или бахрому.
При последовательном изучении кадров стало очевидно, что эти структуры закручиваются и перекатываются, подобно гребням морских волн. Большинство обнаруженных вихрей имеют размер от 25 до 170 километров, однако наиболее мелкие из них не превышают 19–20 километров в поперечнике.
Физическая природа этих завихрений объясняется неустойчивостью Кельвина-Гельмгольца. Данное явление возникает на границе двух потоков среды, движущихся с разной скоростью. В солнечной фотосфере такие условия создаются в местах соприкосновения восходящих и нисходящих слоев плазмы.
Подобный эффект хорошо известен в гидродинамике и метеорологии: его можно наблюдать в характерных волнообразных облаках на Земле, в атмосферах Юпитера и Сатурна, а также в движении воды в озерах. Теперь существование таких структур подтверждено непосредственно на видимом диске Солнца с помощью анализа численных моделей и прямых снимков.
Обнаруженные вихри играют роль фундаментального механизма в накоплении и высвобождении солнечной энергии. Плазменные потоки в этих зонах воздействуют на силовые линии магнитного поля, заставляя их изгибаться и перекручиваться. Магнитное поле в таких условиях работает подобно скручиваемой пружине, накапливая энергию до момента магнитного пересоединения.
Когда линии разрываются и соединяются в новой конфигурации, запасенная энергия трансформируется в тепло, движение частиц и мощное электромагнитное излучение. Этот процесс провоцирует возникновение нановспышек — кратковременных выбросов, которые в совокупности обеспечивают экстремальный нагрев внешней атмосферы Солнца, или короны.
Кроме того, мелкомасштабные вихри способствуют интенсивному перемешиванию намагниченной и ненамагниченной плазмы. Это ускоряет перенос магнитного потока из фотосферы в верхние слои солнечной атмосферы, что является критически важным для объяснения 11-летнего цикла солнечной активности.
Ранее существующие модели не могли полностью обосновать скорость, с которой магнитное поле Солнца перестраивается и меняет свою структуру. Постоянно возникающие у границ гранул мини-вихри обеспечивают необходимую динамику для этих процессов.
Понимание работы этого «магнитного двигателя» имеет практическое значение, так как солнечная активность напрямую влияет на околоземное пространство. Процессы, запускаемые вихрями, приводят к выбросам частиц, способных нарушать работу спутниковых систем, навигации, сетей связи и наземных электросетей.
Загружаем