Naukowcy wykonali zdjęcia powierzchni Słońca w najwyższej rozdzielczości, ujawniając wiry plazmy

Zdjęcia powierzchni Słońca w najwyższej rozdzielczości

Naukowcy korzystający z teleskopu słonecznego Daniela K. Inouye na Maui na Hawajach wykonali zdjęcia widzialnej powierzchni Słońca, czyli fotosfery, w najwyższej dotąd rozdzielczości. Badanie, opublikowane w środę na łamach czasopisma Nature, przeprowadzili naukowcy z NSF National Solar Observatory (NSO), Instytutu Badań Układu Słonecznego im. Maxa Plancka (MPS) w Niemczech oraz High Altitude Observatory (HAO) w Stanach Zjednoczonych. Zdjęcia ukazują wirujące, przypominające tornada wzory gorącej plazmy, które nieustannie powstają i rotują na powierzchni Słońca. Ich średnica waha się od około 19 km (minimalna skala wykrywalna przez teleskop) do około 170 km. Niektóre struktury mają mniej niż 20 km średnicy; ich rozróżnienie można porównać do dostrzeżenia monety o nominale jednego euro z odległości 180 km. Sama fotosfera jest stosunkowo cienką warstwą o głębokości około 100 km w porównaniu do całkowitej średnicy Słońca wynoszącej około 1,4 mln km.

Niestabilność Kelvina-Helmholtza na gwieździe

Naukowcy zidentyfikowali wiry jako pierwszą w historii obserwację niestabilności Kelvina-Helmholtza (KHI) na powierzchni gwiazdy. Zjawisko to, opisane po raz pierwszy w XIX wieku, występuje, gdy dwa równoległe strumienie cieczy lub gazu poruszają się z różnymi prędkościami, generując zaburzenia, które przekształcają się w falowe wiry, aż do momentu ich rozpadu. Zjawisko to obserwowano w ziemskich oceanach i chmurach oraz w atmosferach Jowisza i Saturna, ale nigdy wcześniej z taką szczegółowością na Słońcu.

Powierzchnia styku może stać się niestabilna i wytworzyć falowe wiry, które rosną, aż do momentu rozpadu, podobnie jak fale na jeziorze lub oceanie w wietrznych warunkach.

Wöger, starszy naukowiec w NSF National Solar Observatory w Kolorado i naukowiec programu instrumentów teleskopu Inouye, jest współautorem badania. Obserwacje miały początkowo na celu przetestowanie i doprecyzowanie możliwości teleskopu, jednak naukowcy zorientowali się, że sfotografowali jasną zewnętrzną warstwę Słońca w rozdzielczości, której nigdy wcześniej nie osiągnięto.

Magazynowanie energii i pola magnetyczne

Według obecnej teorii Słońce gromadzi energię, gdy linie pola magnetycznego skręcają się, podobnie jak energia mechaniczna magazynowana w sprężynie. Tworzy to niestabilną architekturę pola magnetycznego: zgromadzona energia może zostać nagle uwolniona poprzez rekoneksję magnetyczną, w której skręcone linie pola otwierają się i łączą ponownie. Mechanizm odpowiedzialny za skręcanie linii pola magnetycznego był wcześniej niejasny. Nowo odkryte wiry, które wydają się tworzyć stale wszędzie tam, gdzie pole magnetyczne jest wystarczająco silne, mogą być siłą napędową regularnie wyzwalającą to skręcanie.

Moja pierwsza reakcja brzmiała: „Wow, jak to możliwe, że widzimy tak małe i tak drobne struktury na Słońcu?”. To coś, czego nigdy wcześniej nie obserwowaliśmy.

Wpływ na pogodę kosmiczną

Zrozumienie tych procesów ma praktyczne konsekwencje dla Ziemi. Rozbłyski słoneczne i koronalne wyrzuty masy mogą wywoływać burze geomagnetyczne zdolne do zakłócania pracy satelitów, nawigacji GPS, sieci energetycznych i globalnej komunikacji. Wirujące ruchy wytwarzają energię magnetyczną, która gromadzi się i może później napędzać wielkoskalowe eksplozje słoneczne.

Chcemy zrozumieć fizykę Słońca aż do najmniejszych skal, aby móc lepiej przewidywać pogodę kosmiczną.

Boboltz z National Solar Observatory zauważył, że Słońce jest źródłem wszelkiej energii i pogody kosmicznej wpływającej na Ziemię. Zdjęcia o wyższej rozdzielczości pomogą naukowcom zrozumieć i w przyszłości dokładniej prognozować pogodę kosmiczną. Fizyk słoneczny Ruizhu Chen z Uniwersytetu Stanforda, który nie brał udziału w badaniach, porównał te wzory do obrazu Vincenta van Gogha „Gwiaździsta noc” z 1889 roku.