太阳旋转的漩涡 我们预期它们会在那里，但之前它们太小而无法被看到。 Wherever two fluids slide past each other at different speeds, the boundary between them buckles, then curls, then rolls up into vortexes. 被称为凯尔文—亥姆霍兹不稳定性，背后的物理在19世纪60年代末被研究出来。我们知道，这种不稳定性解释了为什么风会在水面上造成波纹，以及云朵会被剪切成一排曲线。几十年来，科学家们争论说，这种现象也必然发生在太阳表面的等离子体中，但却没有人能够确认这一点。现在，由国家太阳天文台的David Kuridze和Friedrich Wöger领导的一组团队报告称，凯尔文-亥姆霍兹不稳定性不仅在太阳上是可见的，而且它们无处不在。他们的新研究建议，这可能改变我们对热、物质和磁能如何通过太阳大气层运动的理解。 望远镜的测试驱动 太阳上的等离子体漩涡之所以隐藏了很长时间，原因相当简单：它们非常小。它们的尺度低于小于2米的镜子能够解析的范围。在大部分太阳物理历史上，这排除了地球上所有的望远镜。这种情况在美国国家科学基金会开放了位于夏威夷的Daniel K. Inouye太阳望远镜时得到了改变，这是一台4米的仪器，也是世界上最大的太阳望远镜。该望远镜于2021年11月进入运营阶段。在2025年4月14日的三分钟窗口中，Kuridze的团队将其指向太阳盘中心附近的一个活动区，并使用国家太阳天文台与马克斯·普朗克太阳系研究所联合建造的诊断相机设置，以416纳米的波长记录图像。实际上，他们并不是在寻找漩涡。“主要目标是实现望远镜的衍射极限性能，”Kuridze说。每个望远镜都有一个衍射极限，即它的光学系统能够物理上提供的最细的细节。它由两个因素决定：镜子的大小和观察波长。镜子越大，观察的波长越短，我们能观察到的细节就越精细。由于Inouye望远镜的镜子固定在4米，所以团队在波长上进行了突破。“416纳米接近可见光谱的较小部分，”Kuridze说。“我们选择它是因为我们希望实现更高的衍射极限和更高的分辨率。”然而，他们最终得到的却不仅仅是一次酷炫的测试驱动。相机以740帧每秒的速度读取，每次曝光为100微秒。这两千个帧通过一种叫做多帧盲去卷积的技术结合成一幅最终图像，该技术通过数值建模和去除望远镜光学系统工作后地球大气留下的模糊。最终，得到了一部太阳表面的电影，每两秒一帧，空间分辨率约为19公里——正好处于4米镜子在该波长下所能达到的理论极限。“作为副产品，我们获得了这些惊人的观察结果，让我们看到了之前从未见过的东西，”Kuridze说。 漩涡结构 在416纳米处，太阳表面由小颗粒主导，这些对流细胞从内部传递热量。它们与强烈磁场的浓缩束缠绵交织。在低分辨率图像中，这些磁场束与周围小颗粒的接口看起来光滑且略微模糊。而在DKIST数据中，它们看起来完全不是那样。接口几乎完全由类似漩涡的结构和细暗的条纹组成。团队在望远镜的视野中识别了47个这种漩涡承载的接口，并测量了相邻卷曲之间的间距。结果发现它们通常相隔60到100公里，单个漩涡的直径从25到170公里不等。科学家们能够发现的最小漩涡正好在19公里的分辨率极限附近，这意味着我们还不清楚它们的尺寸可以小到什么程度。通过跟踪它们的生长速度，团队确定它们可以在不到一分钟的时间内将自己的大小加倍。漩涡也沿接口以每秒0.67到3公里的速度传播。对于悬浮在这些边界上方的观察者来说，Kuridze说，视野将取决于到达的时间。这种不稳定性经历两个阶段。“第一阶段是线性阶段，当一切更加放松，非常有序，规则而美丽，”他说。“如果你近距离观察它们，你会看到像云那样的东西在翻滚。”但当宁静的阶段结束时，就是混乱。“在某个时刻，一切都转变为非线性状态，然后情况变得混乱，”Kuridze解释道。“你基本上得到了湍流——非常混乱的湍流。为什么卷曲在这些接口处形成，