在一场令人惊叹的天体炫耀中,科学家们发现了先前未见的等离子体漩涡在太阳表面旋转。因为显然,这个巨大的火球还不够复杂。

这一发现来自美国国家科学基金会国家太阳观测站(NSF NSO)、德国马克斯·普朗克太阳系研究所(MPS)和美国高山观测站(HAO)的研究人员,他们使用了世界上最大的 NSF Daniel K. Inouye 太阳望远镜来发现这些微型龙卷风。这台望远镜位于夏威夷,捕捉到的图像细节足以揭示先前不可见的等离子体运动,这让那些正愁没东西可研究的太阳物理学家松了一口气。

“要检测这些漩涡,我们需要分辨太阳表面约 20 公里大小的结构,”该研究的合著者、MPS 科学家 Michiel van Noort 说。“这就像试图从 180 公里外看到一枚一欧元硬币,但用的是望远镜而不是投币式双筒望远镜。”该团队使用了 MPS 提供的宽带成像相机来实现这一壮举。

这些漩涡出现在米粒组织(太阳表面沸腾气泡状的特征,大小从 500 到 2000 公里不等)的边界上。热等离子体上升、冷却、下沉,形成类似沸腾液体的图案。现在,科学家们首次分辨出米粒边缘的条纹状结构,这些结构发展出类似海洋碎波的旋转运动。其中一些条纹仅 20 多公里宽,大约相当于一个小镇的大小,但在太阳上,这算是微观尺度。

研究人员怀疑这些漩涡是开尔文-亥姆霍兹不稳定性,这是流体动力学中一种熟悉的现象,当两种流体以不同速度运动时,会产生剪切力,从而产生波浪和漩涡。同样的过程也发生在地球的湖泊、云层,甚至木星和土星的大气中,所以太阳只是加入了这场派对。在米粒边界,相邻的等离子体层以不同的速度运动,为这些不稳定性提供了完美的条件。

但我们为什么要关心太阳上的小漩涡呢?因为它们可能解释太阳如何储存和释放磁能,包括纳米耀斑。目前的理论认为,磁能随着磁力线像螺旋弹簧一样扭曲而积累,最终通过磁重联释放能量。关键问题是,是什么首先扭曲了这些磁力线。这些漩涡在磁场强的地方持续出现,可能是罪魁祸首,像宇宙面条机一样扭曲磁力线。

此外,这些微型漩涡非常有效地混合磁化和非磁化等离子体,帮助磁场从表面移动到大气中。这可能解释太阳快速的 11 年磁周期,而目前的模型难以解释这一点。这些漩涡可能是缺失的拼图,表明在我们分辨率极限处的微小过程显著决定了我们恒星的性质。

“新发现的等离子体漩涡令人印象深刻地展示了微小过程——在我们利用所有可用技术所能分辨的极限处——如何显著决定我们恒星的性质,”MPS 主任兼合著者 Sami K. Solanki 说。所以,下次你在浴缸里看到漩涡时,请记住:太阳也有它们,而且它们所做的远不止搅动你的洗澡水。