Впервые зафиксированы микроскопические вихри из плазмы на внешнем слое нашей звезды; ранее об их существовании высказывались лишь теоретические предположения в течение многих лет. Эти образования способны транспортировать энергию и смешивать магнитные поля, оказывая влияние на звездную активность.

Солнце представляет собой огромный сферический объект из перегретой плазмы, где постоянно происходят столкновения потоков вещества с магнитными силами. Видимая оболочка светила – фотосфера – характеризуется наличием грануляций, возникающих вследствие конвекции: нагретая плазма поднимается вверх из внутренних слоев, остывает и возвращается обратно. В промежутках между этими движениями формируются небольшие зоны с мощным магнитным полем, что приводит к образованию солнечных пятен, вспышек и других проявлений активности.

Действительно, многие явления в этих областях разворачиваются на расстояниях порядка нескольких десятков километров, поэтому их ранее не удавалось зафиксировать. Исследователи давно предполагали наличие неустойчивость Кельвина — Гельмгольцаявления скручивания, когда два потока вещества, обладающие различной скоростью движения, формируют узнаваемые вихревые структуры. Подобные образования наблюдаются в атмосфере Земли, океанах и магнитосферах планет; однако прямое наблюдение их на поверхности Солнца ранее не проводилось.

Авторы новой научной работы, опубликованной в журнале Nature, применили самый большой в мире инструмент для изучения Солнца – телескоп «Дэниел Иноуэ». Используя его возможности, исследователи смогли детально изучить слой звезды, видимый как поверхность. Вместо ожидаемых плавных переходов между областями с магнитным полем и окружающей средой, они зафиксировали большое количество крошечных водоворотов и узких «линий», постоянно возникающих вдоль этих границ.

В ходе исследования было рассмотрено 47 подобных явлений. Оказалось, что среднее расстояние между соседними вихрями составляет примерно 65 километров, а их размеры колеблются от 25 до 170 километров. При этом эти водовороты формируются всего за несколько десятков секунд и двигаются со скоростью до трех километров в секунду.

После этого ученые сопоставили полученные изображения с детализированными расчетами магнитогидродинамики солнечной атмосферы, что позволило им практически идентично воссоздать наблюдаемое явление: параметры завихрений, темпы их возникновения и характеристики потоков плазмы оказались в полном соответствии.

Анализ данных указывает на то, что причиной появления вихрей являются значительные различия в скорости движения вдоль границ магнитных полей. Плазма, движущаяся рядом с зонами интенсивного магнитного поля, начинает скользить относительно друг друга. Это приводит к нестабильности поверхности и быстрому появлению закрученных структур.

Примечательно, что со временем вихри увеличиваются в размере. Они сливаются между собой, образуя более мелкие водовороты и постепенно создавая турбулентность. Этот процесс смешивания облегчает перенос массы, энергии, импульса и магнитных потоков между различными участками поверхности звезды. По всей видимости, эти процессы играют важную роль в нагревании верхних слоев солнечной атмосферы.