На поверхности Солнца впервые увидели вихри размером с город

Астрономы впервые разглядели на видимой поверхности Солнца крошечные плазменные вихри — воронки шириной всего около двадцати километров. Для звезды диаметром почти полтора миллиона километров это меньше пылинки, но именно такие структуры, по мнению исследователей, могут оказаться скрытым двигателем солнечной активности.

Наблюдения выполнены на четырёхметровом телескопе имени Дэниела К. Иноуи, установленном на вершине вулкана Халеакала на гавайском острове Мауи. Это крупнейший в мире солнечный телескоп; его зеркало собирает столько света, что позволяет различать на Солнце детали размером с небольшой город. Результаты опубликованы 5 августа в журнале Nature.

Речь идёт о фотосфере — тонком слое, который мы и воспринимаем как «поверхность» светила. Она разбита на гранулы: ячейки поднимающейся горячей плазмы, окружённые тёмными полосами более холодного вещества, которое опускается обратно вглубь. Гранулы известны больше века и хорошо изучены. Новое здесь — то, что происходит на границах между ними.

Волна, которая закручивается в спираль

На стыке двух потоков плазмы, движущихся с разной скоростью, возникает неустойчивость Кельвина — Гельмгольца. Тот же механизм заворачивает гребни морских волн и лепит характерные «барашки» в облаках над горами. На Солнце он порождает цепочки завихрений, которые до сих пор существовали только в расчётах и компьютерных моделях: разрешения прежних инструментов не хватало, чтобы увидеть их напрямую.

Обнаруженные воронки живут недолго и почти незаметны на фоне общего свечения — их пришлось вытаскивать из данных, сопоставляя серии кадров, снятых с интервалом в секунды. Но там, где они появляются, плазма перестаёт двигаться упорядоченно: поток сминается, разворачивается и уходит вниз, увлекая за собой вмороженные в вещество линии магнитного поля.

Там, где появляются воронки, поток плазмы сминается и уходит вниз, увлекая за собой линии магнитного поля.

Именно это и делает находку интересной. Магнитное поле Солнца ведёт себя как система натянутых жгутов: если их постоянно скручивать и перепутывать, в них накапливается напряжение. Рано или поздно оно снимается разрывом и перезамыканием силовых линий — и высвобождается в виде вспышки или выброса корональной массы.

Загадка горячей короны

За этим стоит вопрос, который физика Солнца не может закрыть уже восемь десятилетий. Температура фотосферы — около 5 500 градусов. Но корона, разреженная внешняя атмосфера, простирающаяся на миллионы километров, разогрета примерно до миллиона градусов. Тепло, вопреки привычной логике, растёт по мере удаления от источника.

Основных объяснений два. Первое — бесчисленные микровспышки, слишком слабые, чтобы различить их поодиночке. Второе — волны, бегущие вдоль магнитных линий из глубины наружу и рассеивающие энергию уже наверху. Обе версии требуют механизма, который непрерывно «подкачивал» бы энергию в магнитное поле у самого основания атмосферы.

Новые вихри на эту роль подходят: они мелкие, многочисленные, возникают повсеместно и работают ровно там, где нужно, — на границе между конвективной зоной и тем, что лежит выше. Авторы работы осторожны в выводах и говорят не о доказательстве, а о недостающем звене, которое наконец удалось увидеть.

Практическая сторона

У всего этого есть вполне земное продолжение. Вспышки и корональные выбросы формируют космическую погоду: магнитные бури сбивают навигационные сигналы, наводят токи в линиях электропередачи и сокращают срок жизни спутников. Прогнозировать их сегодня удаётся в лучшем случае за несколько часов.

Понимание того, как именно энергия накапливается в магнитном поле у поверхности, — необходимое условие для более длинного горизонта прогноза. Если вихри действительно оказываются частью этой цепочки, их статистику можно будет отслеживать регулярно и использовать как ранний индикатор.

Следующий шаг — набрать наблюдения в разных участках диска и на разных фазах одиннадцатилетнего цикла, чтобы понять, насколько вихри распространены и сколько энергии переносят. Работа рассчитана на годы: телескоп вышел на полную научную программу недавно, и данных такого разрешения пока накоплено немного.

До сих пор Солнце оставалось единственной звездой, поверхность которой мы вообще способны разглядеть в деталях. Теперь выясняется, что деталей там гораздо больше, чем позволяли увидеть прежние инструменты.