Най-мощният слънчев телескоп в света засне изображения с най-високата досега разделителна способност на видимата повърхност на Слънцето и разкри скрит процес, който стои в основата на слънчевата активност.

Учени използват слънчевия телескоп Daniel K. Inouye на Националната научна фондация на САЩ, разположен близо до върха на вулкана Халеакала на хавайския остров Мауи, за да наблюдават магнитно активна област в близост до слънчево петно. Именно слънчевите петна се смятат за центрове на най-интензивната слънчева активност.

Получените изображения и видеозаписи дават безпрецедентно детайлен поглед към фотосферата – видимата повърхност на Слънцето, която представлява тънък атмосферен слой, оформян от магнитни полета и потоци от плазма.

Комбинирането на тези наблюдения с компютърни симулации позволява на изследователите да направят важен пробив в слънчевата физика – да открият следите на миниатюрни вихри по повърхността на Слънцето, които могат пряко да влияят върху живота на Земята.

Известни като нестабилност на Келвин–Хелмхолц (Kelvin-Helmholtz instability, KHI), тези въртящи се структури може да обяснят една от дългогодишните загадки на слънчевата физика – защо короната, най-външният слой на атмосферата на Слънцето, е много по-гореща от самата му повърхност.

Слънчевите изригвания могат да прекъснат връзката на света и затова учените се обръщат към изкуствения интелект в търсене на решение

IBM и NASA създават дигитален близнак на Слънцето, за да предвиждат бъдещи бури

Освен това вихрите вероятно допринасят за натрупването на магнитна енергия, която захранва слънчевите изригвания и изхвърлянията на коронална маса. Когато тези явления са насочени към Земята, те освобождават потоци от заредени частици, способни да нарушат работата на спътници, електропреносни мрежи и комуникационни системи.

Резултатите, публикувани в сряда в списание Nature, могат да помогнат на учените да разберат по-добре поведението на Слънцето, което остава трудно за прогнозиране.

Постоянно променяща се повърхност

Нестабилността на Келвин–Хелмхолц възниква, когато два флуида, движещи се с различна скорост, преминават един покрай друг. Малките смущения между тях постепенно се превръщат във въртящи се вихри.

Подобни структури вече са наблюдавани при вълните в езера и океани, при образуването на облаци, както и в атмосферите на газови гиганти като Юпитер и Сатурн.

„Красив пример за нестабилност на Келвин–Хелмхолц може да се види по границите между облачните пояси на Юпитер, където се образуват вихри“, казва пред CNN д-р Мария Уебър, доцент по физика и директор на планетариума към Delta State University в Мисисипи, която не участва в изследването.

„Най-впечатляващият пример е Голямото червено петно.“

Изображенията от телескопа Inouye са първите, които показват това явление на самото Слънце.

Отдавна се смята, че Слънцето натрупва магнитна енергия чрез процес, наречен „оплитане на магнитния поток“ (flux braiding), при който линиите на магнитното поле се усукват една около друга. Натрупаното напрежение в крайна сметка става нестабилно, магнитните линии се разкъсват и отново се свързват, освобождавайки огромно количество енергия.

„Роман“ се очаква да открие десетки хиляди планети, както и да изследва тъмната материя и енергия

НАСА обяви, че нов космически телескоп ще създаде „атлас на вселената“

Досега обаче учените не разбираха какво предизвиква първоначалното усукване на магнитните полета. Новите наблюдения предлагат възможен отговор.

Изследователите установяват, че вихрите, които се образуват по границите на магнитно активните области върху слънчевата повърхност, могат да усукват магнитните линии. Те вероятно обясняват и как топлината достига до външната атмосфера на Слънцето.

„Нестабилността на Келвин–Хелмхолц е изключително ефективен механизъм, чрез който Слънцето разбива големите плазмени потоци на по-малки движения“, посочва водещият автор на изследването д-р Дейвид Куридзе от Националната слънчева обсерватория в Боулдър, Колорадо.

„Когато този процес се развие, енергията много по-лесно достига микроскопични мащаби, където може да бъде освободена под формата на топлина. Затова откриването на такива структури по цялата слънчева повърхност ни дава много важна липсваща част от пъзела.“

По думите му магнитните вихри действат като своеобразни миниатюрни двигатели, които генерират, пренасят и освобождават енергия по цялата повърхност на звездата.

„Все още се опитваме да разберем как Слънцето създава и поддържа своето магнитно поле в различни пространствени мащаби“, отбелязва Уебър. „Тази работа е важна стъпка напред.“

Малките явления с голямо значение

Постоянно движещите се вихри могат да служат като своеобразни енергийни резервоари за по-мащабни явления като слънчевите изригвания и изхвърлянията на коронална маса. Според Куридзе обаче Слънцето непрекъснато поражда и далеч по-малки явления, включително т.нар. наноизригвания.

„Оказва се, че именно тези микросъбития оказват по-голямо влияние върху топлинната и магнитната структура на Слънцето, отколкото редките гигантски изригвания“, обяснява той.

„В научната общност има все по-силен консенсус, че за да разберем глобалното поведение на Слънцето, първо трябва да разберем процесите на най-малките мащаби. Именно те оформят слънчевия магнетизъм и в крайна сметка определят космическото време, което влияе върху технологичната инфраструктура на Земята.“

Наблюдения, продължили близо пет години, разкриват доказателства за липсващия вятър на свръхмасивната черна дупка в центъра на нашата галактика

Мистерията на „тихата“ черна дупка в центъра на Млечния път може би е разгадана

Д-р Нур Рауфи, научен ръководител на мисията Parker Solar Probe на НАСА, който също не участва в изследването, определя откритието като значителен пробив.

„То предлага възможен механизъм, чрез който огромното количество механична енергия, генерирано в долната атмосфера на Слънцето и в зоната на конвекция, се преобразува и пренася към горните атмосферни слоеве“, коментира той.

„Широкото разпространение на тези вихри и свързаните с тях нестабилности има напълно логично физическо обяснение. Просто досега не разполагахме с инструмент, способен да наблюдава толкова малките структури, в които тези явления възникват толкова често .“

Телескопът, който разкрива нов поглед към Слънцето

Данните от телескопа съвпадат почти напълно с резултатите от сложни компютърни симулации, проведени паралелно с изследването. Те помагат на учените да интерпретират наблюдаваните процеси и да извлекат информация, която не може да бъде получена само чрез директни наблюдения.

Бъдещи изследвания могат да помогнат да се установят точните физични механизми, които стоят зад големите слънчеви изригвания и бури, което би подобрило възможностите за тяхното прогнозиране.

Телескопът Daniel K. Inouye, който работи от 2019 г., разполага с главно огледало с диаметър 4 метра, адаптивна оптична система, която компенсира размазването, причинено от земната атмосфера, и инструменти, позволяващи наблюдения на фотосферата, хромосферата и короната.

„Размерът, възможностите и инструментите на телескопа го превръщат в уникално съоръжение от световна класа, което прави подобни изследвания възможни“, казва съавторът на изследването д-р Фридрих Вьогер от Националната слънчева обсерватория.

Според Рауфи това е едва началото.

„Телескопът отваря изцяло нов прозорец към Слънцето и очаквам още много открития, които ще променят разбирането ни за него“, заключава той.