Solvirvlar avslöjas i rekorddetaljer

Nya observationer från Daniel K. Inouye Solar Telescope på Hawaii visar små vågliknande virvlar i solens fotosfär med högre detaljrikedom än tidigare. Forskargruppen analyserade 47 virvlar, vars storlek varierade från omkring 25 till 170 kilometer. Avståndet mellan strukturerna var vanligen cirka 65 kilometer.

Observationerna genomfördes den 14 april 2025 mellan klockan 21.38 och 21.41 UTC i den magnetiskt aktiva regionen NOAA 14060 nära solskivans centrum. Kameran registrerade 740 bilder per sekund vid våglängden 416 nanometer. För varje rekonstruerad forskningsbild kombinerades 2 000 kamerabilder, vilket gav en effektiv frekvens på en bild var 2,7 sekund. Det analyserade området motsvarade ungefär 5 800 gånger 4 350 kilometer på solytan.

Virvlarnas hastigheter uppmättes till mellan 0,67 och 3,0 kilometer per sekund. De minsta strukturerna låg nära teleskopets teoretiska upplösningsgräns på 19 kilometer. Max Planck-sällskapet uppgav att vissa fransliknande strukturer var endast drygt 20 kilometer breda. Tidigare observationer kunde enligt National Solar Observatory urskilja detaljer på omkring 30 kilometer.

Forskarna jämförde bilderna med högupplösta numeriska simuleringar av solens magnetiserade plasma genom MURaM-modellen. Resultaten visade hur virvlarna interagerar och blandar magnetiserad plasma med plasma som till största delen saknar magnetisering. Strukturerna påverkar enligt forskargruppen transporten av massa, energi, rörelsemängd och magnetiskt flöde.

Simuleringarna visade att Kelvin–Helmholtz-instabiliteten sträcker sig från omkring 100 kilometer ovanför till cirka 400 kilometer under fotosfärens referensnivå. Instabiliteten blev starkare i de djupare lagren. National Solar Observatory-forskaren Friedrich Wöger uppgav att plasman i strukturerna håller omkring 5 540 grader Celsius och rör sig i ett magnetfält som bidrar till att instabiliteten kan utvecklas.

Solens granuler är enligt Max Planck-sällskapet mellan cirka 500 och 2 000 kilometer i diameter. De uppstår när het plasma stiger från solens inre, kyls och därefter sjunker tillbaka. De nyupptäckta virvlarna är betydligt mindre och har kunnat studeras genom teleskopets förbättrade upplösning.

National Solar Observatory-forskaren David Kuridze uppgav att de återkommande vridningsrörelserna kan bygga upp den energi som krävs för soleruptioner och koronamassutkastningar. Han bedömde även att Kelvin–Helmholtz-instabiliteten kan överföra och omvandla energi, sprida den som värme och samtidigt förändra magnetfältet. Processen kan vara en förklaring till den höga temperaturen i solens yttre atmosfär och har kopplingar till solutbrott som kan påverka satelliter och elnät på jorden.

Inouye-teleskopet ligger nära toppen av vulkanen Haleakalā på Maui. Association of Universities for Research in Astronomy uppgav att anläggningen färdigställdes 2021, drivs av National Solar Observatory och ingår i ett samarbete mellan 22 institutioner. Observationerna gjordes med en bredbandskamera från Max Planck-institutet för solsystemforskning.