天体の張り合い合戦の見事な成果として、科学者たちは太陽の表面を渦巻くこれまで見られなかったプラズマの渦を発見した。どうやら、巨大な火の玉はすでに十分複雑だったのに、さらに複雑さが増したようだ。

この発見は、米国国立科学財団国立太陽観測所（NSF NSO）、ドイツのマックス・プランク太陽系研究所（MPS）、米国の高高度観測所（HAO）の研究者らによるもので、世界最大の太陽望遠鏡であるNSFダニエル・K・イノウエ太陽望遠鏡を使用して、これらの小さな竜巻を捉えた。ハワイに設置されたこの望遠鏡は、これまで見えなかったプラズマの動きを明らかにするほど詳細な画像を撮影し、研究対象が尽きかけていた太陽物理学者たちを大いに喜ばせた。

「渦を検出するには、太陽表面の約20キロメートルの構造を分解する必要がありました」と、研究の共著者であるMPSの科学者ミヒェル・ファン・ノールト氏は語る。「それは、180キロメートル離れた場所から1ユーロ硬貨を見つけるようなものですが、コイン式双眼鏡ではなく望遠鏡を使うという点が違います」。チームは、MPSが提供する広帯域撮像カメラを使用してこの偉業を達成した。

これらの渦は、太陽の沸騰する泡のような表面の特徴である粒状斑（グラニュール）の境界に沿って現れる。粒状斑の大きさは500〜2000キロメートルに及ぶ。高温のプラズマが上昇し、冷えて沈むことで、沸騰する液体のような模様ができる。今回初めて、科学者たちは粒状斑の縁に沿ったフリンジ状の構造を分解し、それが海の波が砕けるような渦巻き運動を発達させることを明らかにした。これらのフリンジの一部は幅わずか20キロメートル強で、小さな町ほどの大きさだが、太陽では顕微鏡的サイズだ。

研究者らは、これらの渦はケルビン・ヘルムホルツ不安定性であると疑っている。これは流体力学でよく知られる現象で、2つの流体が異なる速度で移動すると、せん断力が生じて波や渦が発生する。同じプロセスは地球上の湖や雲、さらには木星や土星の大気でも発生しており、太陽もその仲間入りをしたに過ぎない。粒状斑の境界では、隣接するプラズマ層が異なる速度で移動するため、これらの不安定性が発生するのに理想的な条件が整っている。

しかし、なぜ太陽の小さな渦巻きを気にする必要があるのか？それは、太陽が磁気エネルギーを蓄え、放出する方法、特にナノフレアを説明するかもしれないからだ。現在の理論では、磁力線がコイル状のバネのようにねじれることで磁気エネルギーが蓄積され、最終的に磁気リコネクションによってエネルギーが放出されると示唆されている。大きな疑問は、そもそも何が磁力線をねじるのかということだ。これらの渦は、磁場が強い場所に継続的に現れ、宇宙のパスタマシンのように磁力線をねじる犯人かもしれない。

さらに、ミニ渦は磁化されたプラズマと非磁化プラズマを混ぜるのに非常に効果的で、磁場が表面から大気中へ移動するのを助ける。これは、現在のモデルでは説明が難しい太陽の11年周期の磁気サイクルを説明できるかもしれない。渦はパズルの欠けているピースであり、私たちの解像度の限界にある微小なプロセスが、恒星の性質を大きく決定づけることを示している。

「新たに発見されたプラズマ渦は、利用可能なすべての技術で解像できる限界にある微小なプロセスが、恒星の性質を大きく決定づけることを見事に示しています」と、MPS所長で共著者のサミ・K・ソランキ氏は語る。次に浴槽の渦巻きを見るときは、太陽にも渦巻きがあり、それは浴槽の水をかき混ぜる以上のことをしているということを思い出してほしい。