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这是由英欧望远镜拍摄的太阳表面（光球层）有史以来分辨率最高的图像，在416纳米波段拍摄。

在太阳米粒组织的边缘，图像显示出带有漩涡状运动的流苏状结构。

图片来源：美国国家科学基金会国家太阳天文台美国大学天文研究协会马克斯普朗克太阳系研究所

世界上最大的太阳望远镜和先进的计算机模拟揭示了正在重塑我们对太阳理解的涡流。

在太阳的可见表面，高温等离子体不断上升、冷却和下沉。

如今，研究人员已在这些翻腾区域的边缘解析出微小的漩涡结构，这些结构或有助于解释太阳是如何扭曲、储存和传输磁能的。

等离子体涡旋是通过位于夏威夷的美国国家科学基金会丹尼尔K井上太阳望远镜（世界上最大的太阳望远镜）的观测，结合先进的计算机模拟揭示出来的。

这项研究涉及来自美国国家科学基金会国家太阳天文台（NSFNSO）、德国马克斯普朗克太阳系研究所（MPS）和美国高空观测台（HAO）的研究人员。

观测这些结构需要分辨跨度仅约20公里的特征。

研究人员使用了由MPS提供的宽带成像相机，而MPS科学家兼合著者米歇尔范诺尔特则为观测以及图像的处理和修复做出了贡献。

为了探测这些漩涡，我们需要分辨出太阳表面约20公里大小的结构。

这即使是世界上最大的太阳望远镜和最先进的模拟技术也只能勉强做到。

马克斯普朗克太阳系研究所的科学家、新论文的合著者米歇尔范诺尔特说。

他参与了观测工作，并进行了数据处理和图像复原等工作。

由英欧国际太阳观测台（InouyeSolarTelescope）捕获的太阳表面图像，其空间分辨率达到了前所未有的约20公里。

放大后的图版展示了在太阳表面首次观测到的开尔文亥姆霍兹不稳定性图案。

图片来源：美国国家科学基金会（NSF）美国国家太阳天文台（NSO）天文学研究大学联盟（AURA）马克斯普朗克太阳系研究所（MPS）

微小的漩涡在颗粒边缘出现

新出现的结构沿着米粒组织的边界形成，米粒组织密集地分布在太阳表面，直径大约在500到2000公里之间。

总体而言，这些米粒组织形成了被称为太阳米粒组织现象的图案。

米粒组织是由来自太阳炽热内部的等离子体持续运动产生的。

物质向表面上升，失去热量，然后再次下降。

研究人员在这些米粒组织的边缘发现了纤细的条纹，它们反复卷曲，形成类似海浪破碎时的运动。

研究人员将这些漩涡图案解释为开尔文亥姆霍兹不稳定性的证据，这是流体动力学中一种常见的现象。

当相邻流体以不同速度运动时，会在它们的边界产生剪切力，从而形成这种不稳定性。

微小的扰动随后会发展成波浪或涡流。

相同的过程出现在许多环境中，包括湖面、海浪、云的形成、木星和土星的大气层，以及太阳风与行星磁层相互作用的区域。

在太阳的米粒组织边界处，相邻的等离子体层似乎也以不同的速度运动，这为产生开尔文亥姆霍兹不稳定性提供了所需条件。

对英欧维太阳望远镜的观测结果（左上）与基于先进物理学的计算机模拟生成的图像（右上）进行的并排对比。

二者之间的显著吻合使科学家能够确认开尔文亥姆霍兹不稳定性的成因，这是一种普遍的物理现象，当相邻的流体层或气体层以不同速度移动时，会在它们的界面处产生漩涡图案。

太阳表面磁场的模拟图（右下）证实，这些过程会使磁性元素的边界发生物理弯曲和变形。

版权所有：美国国家科学基金会国家太阳天文台美国天文研究协会高空天文台

漩涡可能会扭曲磁场

这些微小的漩涡或许有助于解决一个长期存在的问题，即太阳如何在其磁场中储存能量，以及之后如何释放能量，有时会通过一种被称为纳米耀斑的小型辐射爆发来释放。

目前的理论认为，随着磁力线发生扭曲和缠绕，磁能会逐渐积累，这与紧紧缠绕的金属弹簧中机械能的积累情况非常相似。

随着更多的能量被储存起来，磁结构会变得越来越不稳定。

这种能量最终可以通过磁重联过程释放出来。

在磁重联过程中，扭曲的磁力线会断裂并以不同的排列方式重新连接。

目前仍不确定的是，是什么反复导致那些磁场线发生扭曲。

新观测到的涡流可能为解释提供部分线索。

因为它们似乎持续出现在磁场足够强的区域，旋转的等离子体可能会常规性地推动这种扭曲过程。

磁通量可以传播得更快

分析还表明，这些小涡旋能有效将磁化等离子体与太阳表面未磁化的等离子体混合。

这种混合可能有助于磁场快速向上移动到太阳大气中。

这很重要，因为太阳的磁活动会以11年为周期发生变化，在宇宙时间尺度上，这是一种异常快速的转变。

要使太阳的磁结构如此快速地发生变化，磁通量就必须高效地穿过大气层进行传输。

现有的模型难以解释这种快速扩散现象。

新观测到的涡旋提供了一种可能的机制，有助于解释磁通量如何能足够快地从表面消散，从而支持那些变化。

马克斯普朗克太阳系研究所所长、新论文的合著者萨米K索兰基表示：新发现的等离子体涡旋令人印象深刻地表明，那些借助现有所有技术都几乎难以分辨的微小过程，是如何显著决定着我们恒星的特性的。

相关知识

太阳是太阳系的中心天体，是一颗炽热的气体恒星，主要由氢和氦组成。

它通过内部核聚变反应持续释放光和热，是地球生命赖以生存的能量源泉。

太阳直径约139万公里，表面温度约5500℃，核心温度高达1500万℃，其强大引力维系着太阳系内行星、小行星等天体的稳定运行。

BY: Max Planck Institute for Solar System Research

FY: AI

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