Международная команда из NSF NSO, NSF NCAR High Altitude Observatory (HAO) и Max Planck Institute for Solar System Research (MPS) опубликовала в Nature первое экспериментальное подтверждение Kelvin-Helmholtz instability (KHI) на поверхности Солнца. Наблюдения сделаны с помощью крупнейшего солнечного телескопа в мире — NSF Daniel K. Inouye Solar Telescope, который стоит на Халеакала, Мауи. На снимках в диапазоне 416 nm видно, как на фотосфере появляются маленькие вихри, похожие на водовороты, и тонкие тёмные полосы-стриации. Они возникают на границах магнитных областей и деформируют их.
KHI — это эффект, знакомый физикам с XIX века: когда два соседних слоя жидкости или газа движутся с разной скоростью, на границе между ними вырастают волны и закручиваются в вихри. Такое видели в океане, облаках, атмосферах Юпитера и Сатурна, но на поверхности Солнца — впервые. Телескоп Inouye дал разрешение, достаточное, чтобы разглядеть структуры масштабом в десятки километров. Команда сравнила наблюдения с симуляциями, созданными кодом MURaM, который поддерживают HAO и MPS. В обоих случаях вихри вдоль краёв магнитных областей выглядели практически одинаково, а среднее расстояние между ними составляло 50–65 километров. Совпадение с теорией — полное.
Учёные считают, что эти вихри могут быть ключом к нескольким загадкам Солнца. Согласно ведущей теории накопления магнитной энергии, flux braiding, силовые линии магнитного поля переплетаются, как волосы в косе, накапливают напряжение, а потом резко пересоединяются — это называется magnetic reconnection — и выбрасывают энергию. Но что именно запускает переплетение, до сих пор было непонятно. Постоянно возникающие на поверхности вихри KHI могут быть тем самым «двигателем», который крутит и запутывает магнитные линии, а затем питает вспышки, джеты и корональные выбросы массы. А это уже прямая угроза для спутников, энергосетей и связи на Земле.
KHI также эффективно перемешивает замагниченную и незамагниченную плазму и ускоряет диффузию магнитных полей. Это помогает решить давнюю проблему: магнитный цикл Солнца длится всего 11 лет, и для такого быстрого оборота нужна очень эффективная диффузия, которую текущие модели не объясняли. Кроме того, вихри могут переносить энергию в верхние слои атмосферы и вносить вклад в нагрев короны до миллионов градусов. Теперь учёные планируют автоматически находить и изучать эти вихри по данным Inouye, чтобы точнее оценить их роль в переносе энергии и распространении магнитных полей.