Η αστάθεια Κέλβιν – Χέλμχολτς είναι ένα φαινόμενο ρευστοδυναμικής. Συμβαίνει όταν η διαφορά ταχύτητας ανάμεσα σε δύο ρευστά που κινούνται παράλληλα δημιουργεί χαρακτηριστικές δίνες.
Οι επιστήμονες θεωρούσαν ότι μπορεί να συμβαίνει με το πλάσμα που υπάρχει στην επιφάνεια του Ήλιου, χωρίς να υπάρχει επίσημη επιβεβαίωση. Ομάδα ερευνητών με επικεφαλής τους David Kuridze και Friedrich Wöger του National Solar Observatory αναφέρει ότι η αστάθεια Κέλβιν – Χέλμχολτς είναι ορατή στον Ήλιο και τη συναντάμε σε ολόκληρη την επιφάνειά του.
Η δοκιμαστική χρήση του τηλεσκοπίου
Ο λόγος που οι δίνες πλάσματος στον Ήλιο παρέμεναν άγνωστες για τόσο καιρό ήταν το γεγονός ότι ήταν πολύ μικρές. Η κλίμακά τους ήταν πολύ μικρότερη από ό,τι τα τηλεσκόπια μπορούσαν να αναλύσουν. Κάτι τέτοιο όμως άλλαξε όταν το US National Science Foundation έθεσε σε λειτουργία το Daniel K. Inouye Solar Telescope (DKIST), ένα όργανο 4 μέτρων στη Χαβάη και το μεγαλύτερο ηλιακό τηλεσκόπιο στον κόσμο.
Στη διάρκεια ενός μικρού χρονικού διαστήματος τριών μόνο λεπτών, στις 14 Απριλίου 2025, η ομάδα έστρεψε το τηλεσκόπιο προς μια ενεργή περιοχή κοντά στο κέντρο του ηλιακού δίσκου, καταγράφοντας εικόνες σε μήκος κύματος 416 nm. Σκοπός της πρώτης αυτής δοκιμαστικής χρήσης ήταν να δοκιμάσουν το ίδιο το τηλεσκόπιο και το πόσο καλά θα μπορούσε να δει συγκεκριμένες λεπτομέρειες στην επιφάνεια του Ήλιου.
Η ανάλυση ενός τηλεσκοπίου περιορίζεται από την περίθλαση. Δηλαδή, μεγαλύτερος καθρέφτης και μικρότερο μήκος κύματος οδηγούν σε καλύτερη ανάλυση. Έτσι, μπόρεσαν να ξεχωρίσουν μικρότερες δομές στην επιφάνεια του Ήλιου.
Αφαίρεση θόλωσης και τεχνικά δεδομένα
Οι κάμερες που χρησιμοποιήθηκαν τραβούσαν 740 εικόνες το δευτερόλεπτο, με κάθε έκθεση να διαρκεί μόλις 100 μικροδευτερόλεπτα. Ο λόγος είναι η ατμόσφαιρα της Γης και ο αέρας που βρίσκεται ανάμεσα στο τηλεσκόπιο και τον Ήλιο, ο οποίος κάνει την εικόνα να θολώνει. Είναι το γνωστό φαινόμενο που παρατηρούμε όταν ο δρόμος φαίνεται να τρεμοπαίζει σε μια πολύ ζεστή ημέρα.
Στη συνέχεια, χρησιμοποιώντας έναν ειδικό αλγόριθμο που λέγεται multi-frame blind deconvolution, κατάφεραν να αφαιρέσουν μαθηματικά τη θόλωση και να έχουν ένα πολύ πιο καθαρό τελικό οπτικό αποτέλεσμα. Κάπως έτσι λοιπόν, έφτασαν σε ένα άκρως εντυπωσιακό αποτέλεσμα, πετυχαίνοντας χωρική ανάλυση περίπου 19 km, δηλαδή να ξεχωρίσουν στην επιφάνεια του Ήλιου δομές μεγέθους 19 km.
Ευρήματα και μηχανισμοί
Στα 416 nm η επιφάνεια του Ήλιου κυριαρχείται από κύτταρα μεταφοράς θερμότητας που μεταφέρουν ενέργεια από το εσωτερικό του προς την επιφάνειά του. Ανάμεσά τους υπάρχουν δέσμες πολύ ισχυρών μαγνητικών πεδίων.
Σε εικόνες με πιο χαμηλή ανάλυση, τα όρια ανάμεσα σε μια τέτοια δέσμη μαγνητικών πεδίων και στους γύρω κόκκους φαίνονται ομαλά και ελαφρώς θολά. Στα δεδομένα του DKIST όμως, τα όρια αποτελούνται σχεδόν εξ ολοκλήρου από δομές οι οποίες μοιάζουν με στροβίλους, αλλά και από σκοτεινές ραβδώσεις. Εντοπίστηκαν 47 τέτοια όρια που περιείχαν στροβίλους στο οπτικό πεδίο του τηλεσκοπίου. Μάλιστα, μέτρησαν την απόσταση μεταξύ των γειτονικών στροβίλων, διαπιστώνοντας ότι απέχουν μεταξύ τους 60 με 100 km, ενώ η διάμετρος φτάνει τα 25 με 170 km.
Από την άλλη πλευρά, το γεγονός ότι οι μικρότεροι στρόβιλοι που μπόρεσαν να εντοπίσουν είχαν διάμετρο περίπου 19 km σημαίνει ότι μάλλον δεν γνωρίζουμε πόσο μικροί μπορεί να είναι, καθώς βρισκόμαστε στο όριο ανάλυσης του τηλεσκοπίου. Όσον αφορά τον λόγο για τον οποίο σχηματίζονται αυτοί οι στρόβιλοι στα όρια και όχι αλλού, αυτό οφείλεται στην κατεύθυνση του μαγνητικού πεδίου.
Ένα ισχυρό μαγνητικό πεδίο συνήθως κρατά το πλάσμα του Ήλιου ακίνητο. Πρόκειται ουσιαστικά για μια ηλιακή κηλίδα, μια περιοχή όπου το μαγνητικό πεδίο είναι αρκετά ισχυρό ώστε να καταστείλει τη μεταφορά θερμότητας, αφήνοντας την επιφάνεια πιο σκοτεινή και πιο ψυχρή.
Η ανακάλυψη μιας αστάθειας που προκαλεί τη δημιουργία στροβίλων κατά μήκος της άκρης κάθε μαγνητικού πεδίου σημαίνει ότι εντοπίσαμε έναν μηχανισμό ανάμειξης εκεί όπου δεν αναμενόταν να υπάρχει κανένας, αναφέρει η ομάδα.
Αυτό σημαίνει ότι το μαγνητισμένο και το μη μαγνητισμένο αέριο μπορούν να αναμειγνύονται μεταξύ τους, αλλάζοντας τον τρόπο με τον οποίο μεταφέρεται η θερμότητα στην ορατή επιφάνεια του Ήλιου.
«Αυτές οι περιστροφικές κινήσεις κυριαρχούν στην επιφάνεια του μαγνητικού στοιχείου, και αυτή η περιστροφική κίνηση δεν είναι τίποτα άλλο από τη συστροφή των μαγνητικών πεδίων», λέει ο Kuridze.
Αυτό που ανακάλυψαν, ουσιαστικά, είναι ότι στην επιφάνεια του Ήλιου υπάρχουν φυσαλίδες θερμού πλάσματος και διπλανές περιοχές με ισχυρό μαγνητικό πεδίο. Εκεί που συναντιούνται οι δύο αυτές περιοχές, το πλάσμα κινείται με διαφορετικές ταχύτητες, δημιουργώντας την αστάθεια Κέλβιν – Χέλμχολτς. Εδώ βλέπουμε παράλληλα ότι οι στρόβιλοι αναμειγνύουν πλάσμα και μεταφέρουν ενέργεια ανάμεσα στις μαγνητικές και μη μαγνητικές περιοχές.
Περισσότερα και στο επίσημο δελτίο τύπου του U.S. National Science Foundation
Nature, 2026. DOI: 10.1038/s41586-026-10871-3
