Это первые подобные наблюдения
Наземный телескоп DKIST получил рекордно четкие изображения фотосферы Солнца, на которых впервые стали заметны неустойчивости Кельвина — Гельмгольца в этом слое звезды. Они проявляются как очень динамичные мелкие вихреобразные структуры и полосы, расположенные вблизи границ темных пор и светлых конвективных ячеек. Статья опубликована в журнале Nature.
Неустойчивость Кельвина — Гельмгольца возникает на границе раздела двух сред или потоков в одной среде, движущихся с разными скоростями. Впервые ее описали почти полтора века назад, с тех пор она наблюдалась в земной атмосфере и океанах, магнитосферах планет, атмосферах газовых гигантов, а также у некоторых астрофизических объектов, например квазаров. На Солнце подобные неустойчивости обнаруживались в протуберанцах, корональных выбросах массы и джетах в короне и хромосфере. Теоретические модели предсказывают их существование в фотосфере, где есть множество мелкомасштабных плазменных потоков, однако до сих пор наблюдать эти нестабильности не удавалось из-за технической сложности подобных исследований.
Группа астрономов во главе с Дэвидом Куридзе (David Kuridze) и Фридрихом Вёгером (Friedrich Woeger) из Национальной солнечной обсерватории опубликовала результаты новых высокодетальных наблюдений за фотосферой Солнца, которые проводились при помощи наземного солнечного телескопа имени Дэниела Иноуе (DKIST) 14 апреля 2025 года на длине волны 416 нанометров. Их целью была активная область, связанная с одним из группы солнечных пятен NOAA 14060.
На полученных изображениях видны яркие конвективные плазменные ячейки (основной элемент фотосферы Солнца), окруженные темными порами — зонами, где сильное магнитное поле подавляет перенос энергии наружу, создавая более холодную плазму. На границах между порами и ячейками исследователи заметили необычные вихреобразные структуры и полосы, которые в ходе предыдущих наблюдений с меньшей детализацией не регистрировались. Пространственное расстояние между этими структурами составляло около 65 километров, а их размеры, в основном, варьировались от 25 до 170 километров. Всего обнаружено около 47 вихреобразных структур, причем размеры самых мелких из них близки к дифракционному пределу телескопа (около 19 километров для выбранной длины волны). Видимая горизонтальная скорость движения структур вокруг пор варьировалась от 0,67 до трех километров в секунду.
Сравнение данных наблюдений с результатами трехмерных радиационных магнитогидродинамических моделирований показало, что морфология вихреобразных структур действительно может объясняться развитием неустойчивостей Кельвина — Гельмгольца, которые быстро переходят в нелинейный режим, активно сливаются и способны порождать вторичные и более мелкие вихри на крупных. Таким образом, эти неустойчивости вносят важный вклад в развитие турбулентности в пограничных слоях в фотосфере и способны быть эффективным механизмом переноса массы, энергии, импульса и магнитного потока. Это, в свою очередь, позволяет создавать неравновесные магнитные конфигурации посредством переплетения силовых линий, что важно для объяснения механизмов солнечной активности.