При всей доступности Солнца для наблюдений изучать его крайне непросто: даже у поверхности этой вполне заурядной звезды условия остаются экстремальными. Одна из ключевых тем здесь — взаимодействие плазмы с магнитным полем, ведь именно оно определяет почти всю динамику поверхностного слоя, то есть фотосферы. Недавние наблюдения на четырёхметровом солнечном телескопе на Гавайях привели к любопытным результатам, изложенным в статье в журнале Nature.
Структура солнечной фотосферы. Источник изображения — hackaday.com
Фотосфера — не кипящая жидкость
Вопреки распространённому образу, фотосфера не является кипящей жидкостью. Это скорее скопления плазмы разной температуры. Плазма движется в магнитном поле, а конвективные потоки создают характерный «кипящий» узор — он-то и порождает иллюзию бурлящей поверхности.
Различие принципиально не только терминологически. У жидкости поведение определяется поверхностным натяжением и вязкостью, а у плазмы — ещё и магнитным полем, которое связывает заряженные частицы и задаёт направления, вдоль которых движение идёт свободно, а поперёк — с сопротивлением.
Что удалось увидеть
Внутри фотосферы исследователям удалось зафиксировать неустойчивости Кельвина — Гельмгольца — гидродинамические неустойчивости, возникающие из-за сдвига скоростей внутри сплошной среды или на границе двух сред с разной скоростью движения.
То же явление наблюдается и в земной атмосфере: именно оно создаёт характерные волнообразные, «закрученные» облака, чем-то похожие на картину кипения. Узнаваемая форма гребней с завитками — визитная карточка этой неустойчивости, и увидеть её на Солнце тем ценнее, что там она разыгрывается в намагниченной плазме, а не в обычном воздухе.
Подтверждение расчётом
Результаты подтвердились в численном моделировании: расчёты показали, как именно эти неустойчивости управляют переносом плазмы в фотосфере Солнца.
Сходимость наблюдения и модели здесь важнее самого факта обнаружения. Солнечная физика долгие годы страдала от того, что разрешения телескопов не хватало, чтобы различить процессы того масштаба, на котором работают модели. Четырёхметровый инструмент эту дистанцию сокращает — и позволяет проверять расчёты не косвенно, а напрямую.
Практический смысл у таких работ тоже есть. Перенос энергии в фотосфере в конечном счёте связан с нагревом короны и рождением солнечного ветра, а от него зависит космическая погода — то есть магнитные бури, влияющие на спутники, связь и энергосети.
