ภาพถ่ายดวงอาทิตย์ที่คมชัดที่สุดเท่าที่เคยมีมา ชี้ชัด 'น้ำวนพลาสมาขนาดเล็ก' ทั่วพื้นผิว คือกุญแจไขปริศนา 150 ปี โคโรนาร้อนจัด

การค้นพบ: ปรากฏการณ์เคลวิน-เฮล์มโฮลทซ์ (KHI) ที่มีอยู่ทั่วไป

ภาพถ่ายเหล่านี้เผยให้เห็น ปรากฏการณ์เคลวิน-เฮล์มโฮลทซ์ (Kelvin-Helmholtz instabilities หรือ KHI) ที่มีอยู่ทั่วไปในสนามแม่เหล็ก ซึ่งเป็นปรากฏการณ์ทางพลศาสตร์ของไหลแบบคลาสสิกที่เกิดขึ้นเมื่อชั้นของพลาสมาที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วต่างกันมาอยู่ติดกัน ทำให้เกิดลวดลายน้ำวนและปั่นป่วน ต่างจากข้อบ่งชี้ก่อนหน้านี้ที่พบ KHI เพียงประปรายในชั้นบรรยากาศของดวงอาทิตย์ น้ำวนเหล่านี้ปรากฏ ทั่วทั้งพื้นที่ในการสังเกต กระจายตัวอย่างหนาแน่นบนโฟโตสเฟียร์ โดยเฉพาะบริเวณขอบของกลุ่มสนามแม่เหล็ก น้ำวนเหล่านี้มีขนาดกว้างประมาณ 19 ถึง 170 กิโลเมตร

นี่คือ หลักฐานการสังเกตโดยตรงครั้งแรกของปรากฏการณ์เคลวิน-เฮล์มโฮลทซ์บนโฟโตสเฟียร์ของดวงอาทิตย์ ซึ่งเป็นการยืนยันทฤษฎีที่มีมายาวนาน นักวิจัยได้เปรียบเทียบภาพเหล่านี้กับการจำลองพลศาสตร์ของไหลแม่เหล็ก (MHD) ความละเอียดสูง ซึ่งให้ผลลัพธ์ที่เหมือนกันทั้งในแง่ของพฤติกรรมและระยะห่างของลวดลาย ยืนยันว่ารูปแบบเหล่านี้เป็น KHI จริง ไม่ใช่สิ่งรบกวนจากอุปกรณ์

สิ่งนี้ช่วยไขปริศนาการให้ความร้อนโคโรนาได้อย่างไร

พื้นผิวของดวงอาทิตย์มีอุณหภูมิประมาณ 5,500 องศาเซลเซียส แต่ชั้นบรรยากาศรอบนอกของมัน—ที่เรียกว่าโคโรนา—กลับมีอุณหภูมิสูงถึง หลายล้านองศาเซลเซียส เป็นเวลาหลายสิบปีที่ "ปัญหาการให้ความร้อนโคโรนา" (Coronal Heating Problem) นี้เป็นหนึ่งในคำถามที่ยังไม่มีคำตอบที่ยิ่งใหญ่ที่สุดในฟิสิกส์สุริยะ การค้นพบครั้งนี้ได้ให้กลไกใหม่ที่น่าสนใจ:

• น้ำวนเคลวิน-เฮล์มโฮลทซ์ทำหน้าที่เป็น ระบบลำเลียงพลังงาน: พวกมันบิดและยืดเส้นสนามแม่เหล็กบนโฟโตสเฟียร์ เปลี่ยนพลังงานจลน์เป็นพลังงานแม่เหล็ก ซึ่งสามารถแพร่กระจายขึ้นไปยังโคโรนาได้
• การจำลอง MHD ที่ตรงกับภาพสังเกตการณ์แสดงให้เห็นว่า ปรากฏการณ์ KHI ที่มีอยู่อย่างแพร่หลายนี้สามารถ ปั๊มพลังงานจากพื้นผิวขึ้นสู่ชั้นบรรยากาศเบื้องบนได้อย่างมีประสิทธิภาพ โดยให้ความร้อนอย่างต่อเนื่องที่จำเป็นต่อการรักษาอุณหภูมิของโคโรนาให้สูงถึงระดับล้านองศา
• ดังที่นักวิจัยของ NSF คนหนึ่งกล่าวไว้ ทีมงานพบว่าโฟโตสเฟียร์นั้น "เต็มไปด้วยน้ำวนขนาดเล็กเหล่านี้" ซึ่งเมื่อรวมกันแล้วคือ กระบวนการที่ซ่อนอยู่ซึ่งขับเคลื่อนกิจกรรมสุริยะและให้ความร้อนแก่โคโรนา

โดยสรุป การค้นพบนี้ชี้ให้เห็นถึงกลไกที่ต่อเนื่องและไม่เคยถูกมองเห็นมาก่อน—น้ำวน KHI ขนาดเล็กที่ปกคลุมทั่วทั้งพื้นผิวดวงอาทิตย์—ซึ่งสามารถอธิบายปริมาณพลังงานที่หายไปซึ่งจำเป็นต่อการทำให้โคโรนาร้อนจัด และอาจไขปริศนาที่ทำให้นักวิทยาศาสตร์งงงวยมาหลายชั่วอายุคนได้ในที่สุด