Вы еще не видели Солнце в таком виде. Опубликованы снимки поверхности нашей звезды в высочайшем разрешении

Ученые получили изображения поверхности Солнца с самым высоким разрешением за всю историю наблюдений. Эти снимки, опубликованные вместе с исследованием в журнале Nature, могут стать ключом к разгадке, как поверхность нашей звезды генерирует тепло.

Астрофизики из Национальной солнечной обсерватории (NSO) Национального научного фонда (NSF) в Боулдере, штат Колорадо, использовали солнечный телескоп имени Дэниела К. Иноуэ (DKIST) на Гавайях для получения кадров, на которых оказались запечатлены неустойчивости Кельвина-Гельмгольца (НКГ), проявляющиеся как очень динамичные мелкие вихреобразные структуры и полосы, расположенные вблизи границ темных пор и светлых конвективных ячеек.

В ходе предыдущих наблюдений с меньшей детализацией они не регистрировались.

Неустойчивости Кельвина-Гельмгольца возникают, когда в одном непрерывном слое жидкости возникает разница скоростей. Этот процесс хорошо известен в астрофизике, однако новые изображения, полученные с помощью телескопа DKIST, являются первым известным подтверждением того, что этот процесс происходит в фотосфере: нижнем, видимом слое Солнца, который излучает большую часть своего света.

Пространственное расстояние между структурами составляло около 65 километров, а их размеры преимущественно варьировались от 25 до 170 километров. Всего было обнаружено около 47 вихреобразных структур.

Доктор Фридрих Вёгер, старший научный сотрудник Национального солнечного телескопа и один из руководителей исследования, сказал: «Мы наблюдали крупномасштабные события на Солнце, но нам не хватало некоторых мелкомасштабных физических процессов, которые приводят эти события в движение — „крошечных двигателей“, которые приводят в движение солнечную активность. Телескоп Иноуэ дает нам более четкое представление об этих процессах, и НКГ может быть одним из таких двигателей».

Эти неустойчивости вносят важный вклад в развитие турбулентности в пограничных слоях в фотосфере и могут быть эффективным механизмом переноса массы, энергии, импульса и магнитного потока.

«Это может разгадать самую большую загадку последнего полувека в физике и астрофизике Солнца, — сказал доктор Давид Куридзе, астроном из исследовательской группы. — Когда в системе присутствует такая нестабильность, энергия очень легко передается на меньшие масштабы. И в какой-то момент она просто рассеивается в виде тепла. Это может привести к образованию горячих корон, горячих внешних атмосфер Солнца и подобных звезд».

С помощью ученых из Института Макса Планка Вёгер использовал высокоскоростную камеру FastCam, встроенную в телескоп, для получения изображений. Система делала 740 кадров в градациях серого в секунду с выдержкой 1/10 000 секунды на кадр, на сенсоре размером 2048 x 1024 пикселей (около 2,1 мегапикселя).

Изображения, которые впоследствии были раскрашены в процессе постобработки, изначально не предназначались для выявления НКГ в фотосфере Солнца. Главной целью исследования было тестирование нового подхода к сбору данных с помощью телескопа DKIST, и Вёгер назвал это открытие «счастливой случайностью», которая, однако, помогла разгадать одну из многих загадок звезды.

Солнечный телескоп имени Дэниела К. Иноуэ, принадлежащий Национальному научному фонду и расположенный недалеко от вершины щитового вулкана Халеакала на острове Мауи, является самым мощным солнечным телескопом в мире. Благодаря непревзойденному размеру зеркала в 4 метра он собирает в семь раз больше солнечного света, чем любой другой телескоп, что позволяет ему получать исключительно четкие и детализированные изображения фотосферы.

По мнению исследователей, сделанное открытие может помочь разгадать некоторые научные загадки, такие как проблема нагрева короны. В то время как температура поверхности Солнца составляет около 5500 градусов по Цельсию, температура его внешней атмосферы — короны — приближается к примерно 1 111 093 градусам Цельсия, согласно данным Принстонской лаборатории физики плазмы. Это примерно в 200 раз выше.

Это вызывает недоумение, поскольку температура должна понижаться с увеличением расстояния от горячей поверхности. Исследователи выдвинули гипотезу, что эффект НКГ способствует нагреву короны, и эти новые, подробные наблюдения могут помочь им более тщательно изучить этот вопрос.

Они также могли бы помочь объяснить, почему солнечный магнитный цикл такой короткий. Магнитные полюса Солнца меняются местами примерно каждые 11 лет, что очень быстро по сравнению с космическими временными масштабами. Для того чтобы этот быстрый цикл работал, магнитные поля Солнца должны уметь рассеиваться и реорганизовываться с большой эффективностью, но существующие модели с трудом объясняют, как это происходит. НКГ может быть недостающим элементом головоломки, поскольку она очень эффективно рассеивает магнитные поля.

Используя данные высокого разрешения, полученные с помощью солнечного телескопа Иноуэ, исследователи теперь планируют с помощью компьютерных программ автоматически обнаруживать и изучать признаки завихрения, вызванного НКГ. Это поможет им определить распространенность этого явления в фотосфере, сколько энергии НКГ может переносить в солнечную корону и насколько сильно она влияет на распространение магнитных полей в нижних слоях атмосферы Солнца.

Впервые НКГ описали почти полтора века назад, с тех пор неустойчивость наблюдалась в земной атмосфере и океанах, магнитосферах планет, атмосферах газовых гигантов и у некоторых астрофизических объектов (квазаров). На Солнце неустойчивости обнаруживались в протуберанцах, корональных выбросах массы и джетах в короне и хромосфере. Теоретические модели предсказывали их существование в фотосфере, где есть множество мелкомасштабных плазменных потоков.