Αστρονόμοι κατέγραψαν τις υψηλότερης ανάλυσης εικόνες που έχουν ληφθεί μέχρι σήμερα από την ορατή επιφάνεια του Ήλιου, αποκαλύπτοντας εντυπωσιακά στροβιλιζόμενα μοτίβα υπέρθερμων αερίων, που θυμίζουν τους κυματισμούς του νυχτερινού ουρανού στον διάσημο πίνακα του Βίνσεντ βαν Γκογκ «Έναστρη Νύχτα».
Οι παρατηρήσεις πραγματοποιήθηκαν σε τμήμα της φωτόσφαιρας του Ήλιου, ενός σχετικά λεπτού στρώματος πάχους περίπου 100 χιλιομέτρων, σε σύγκριση με τη συνολική διάμετρο του άστρου που φτάνει τα 1,4 εκατομμύρια χιλιόμετρα. Οι εικόνες ελήφθησαν από το Ηλιακό Τηλεσκόπιο Daniel K. Inouye του Εθνικού Ιδρύματος Επιστημών των ΗΠΑ (NSF), το οποίο βρίσκεται στη Χαβάη.
Οι φωτογραφίες και το βίντεο χρονικής επιτάχυνσης (time-lapse) αποκαλύπτουν συνεχώς αναπτυσσόμενους στροβίλους από καυτό πλάσμα – αέριο που έχει θερμανθεί σε τόσο υψηλές θερμοκρασίες ώστε τα ηλεκτρόνια αποσπώνται από τα άτομα, δημιουργώντας ένα «νέφος» ηλεκτρικά φορτισμένων σωματιδίων.
Αν και οι δίνες αυτές είναι τεράστιες σε ανθρώπινη κλίμακα, θεωρούνται μικροσκοπικές σε σχέση με την επιφάνεια ενός άστρου.
Η διάμετρός τους κυμαίνεται από περίπου 19 έως 170 χιλιόμετρα, με το μικρότερο μέγεθος να αντιστοιχεί στο ελάχιστο όριο που μπορεί να διακρίνει το ισχυρότερο ηλιακό τηλεσκόπιο στον κόσμο.
Οι επιστήμονες εκτιμούν ότι οι παρατηρήσεις αυτές θα συμβάλουν στην κατανόηση των φυσικών διεργασιών που επηρεάζουν τη δυναμική του Ήλιου και άλλων άστρων, συμπεριλαμβανομένων των εκρήξεων στην επιφάνειά του, οι οποίες μπορούν να επηρεάσουν τη λειτουργία δορυφόρων, τα συστήματα πλοήγησης GPS, τα ηλεκτρικά δίκτυα και τις παγκόσμιες τηλεπικοινωνίες.
Για πρώτη φορά καταγράφηκε το φαινόμενο Kelvin–Helmholtz στην επιφάνεια άστρου
Οι στροβιλώδεις αυτές δομές δεν αποτελούν τυχαίους σχηματισμούς. Πρόκειται για την πρώτη άμεση παρατήρηση στην επιφάνεια ενός άστρου του φαινομένου αστάθειας Kelvin–Helmholtz (Kelvin–Helmholtz Instability – KHI).
Το φαινόμενο, που περιγράφηκε για πρώτη φορά τον 19ο αιώνα, εμφανίζεται όταν δύο παράλληλες ροές υγρών ή αερίων κινούνται με διαφορετικές ταχύτητες και αλληλεπιδρούν μεταξύ τους.
«Η διεπιφάνεια ανάμεσά τους μπορεί να γίνει ασταθής και να δημιουργήσει κυματοειδείς δίνες, οι οποίες αυξάνονται συνεχώς σε μέγεθος μέχρι να διαλυθούν, όπως ακριβώς συμβαίνει με τα κύματα σε μια λίμνη ή στη θάλασσα όταν φυσά δυνατός άνεμος», εξήγησε ο αστρονόμος Φρίντριχ Βόγκερ, ανώτερος επιστήμονας του Εθνικού Ηλιακού Αστεροσκοπείου των ΗΠΑ (National Solar Observatory), υπεύθυνος του επιστημονικού προγράμματος του τηλεσκοπίου Inouye και συνεπικεφαλής της μελέτης, η οποία δημοσιεύθηκε την Τετάρτη στο επιστημονικό περιοδικό Nature.
Όπως ανέφερε, στροβιλώδη νέφη που προκαλούνται από την αστάθεια Kelvin–Helmholtz έχουν παρατηρηθεί –αν και σπάνια– και στη Γη, ενώ αντίστοιχα φαινόμενα έχουν καταγραφεί στις ατμόσφαιρες των γιγάντιων πλανητών Δία και Κρόνου.
«Η διαφορά σε σχέση με τα κύματα και τα σύννεφα που γνωρίζουμε στη Γη είναι ότι εδώ οι δύο αλληλεπιδρώντες "ρευστοί" είναι υπέρθερμο πλάσμα, θερμοκρασίας περίπου 6.000 Kelvin (περίπου 5.540 βαθμοί Κελσίου), το οποίο κινείται μέσα σε μαγνητικό πεδίο που δημιουργεί τις κατάλληλες συνθήκες για να αναπτυχθεί αυτή η αστάθεια», εξήγησε.
Συστρέφοντας το μαγνητικό πεδίο του Ήλιου, η αστάθεια Kelvin–Helmholtz παράγει ενέργεια που μπορεί να απελευθερωθεί ξαφνικά με τη μορφή ισχυρών εκρήξεων.
«Μια πραγματική επανάσταση»
Ο Βόγκερ χαρακτήρισε την ανακάλυψη «πραγματική επανάσταση», τονίζοντας ότι ανοίγει έναν νέο δρόμο για την κατανόηση του τρόπου με τον οποίο ο Ήλιος τροφοδοτεί ενεργειακά την ατμόσφαιρά του.
«Ο Ήλιος και τα άστρα που του μοιάζουν είναι εξαιρετικά δυναμικά συστήματα, στα οποία εκδηλώνεται ένα ολόκληρο φάσμα ταχύτατων και εκρηκτικών φαινομένων μέσα στα μαγνητικά τους πεδία.
Το πώς ακριβώς πυροδοτούνται αυτές οι εκρήξεις αποτελεί ένα από τα σημαντικότερα ανοιχτά ζητήματα της σύγχρονης ηλιακής φυσικής», δήλωσε ο αστρονόμος του National Solar Observatory και συνεπικεφαλής της έρευνας Ντέιβιντ Κουρίντζε.
Οι επιστήμονες εκτιμούν ότι η αστάθεια Kelvin–Helmholtz μπορεί να εξηγήσει γιατί η εξωτερική ατμόσφαιρα του Ήλιου θερμαίνεται σε τόσο υψηλές θερμοκρασίες, αλλά και με ποιον τρόπο συσσωρεύεται και μεταφέρεται η μαγνητική ενέργεια στην επιφάνειά του.
Σύμφωνα με τον Κουρίντζε, οι συνεχείς περιστροφικές κινήσεις που προκαλεί το φαινόμενο δημιουργούν σταδιακά την ενέργεια που απαιτείται για να εκδηλωθούν οι στεμματικές εκτινάξεις μάζας (Coronal Mass Ejections) και οι ηλιακές εκλάμψεις (Solar Flares).
Οι στεμματικές εκτινάξεις μάζας είναι τεράστιες φυσαλίδες αερίου που διαπερνώνται από γραμμές μαγνητικού πεδίου και εκτοξεύονται από την επιφάνεια του Ήλιου, ενώ οι ηλιακές εκλάμψεις αποτελούν γιγάντιες εκρήξεις που απελευθερώνουν στο Διάστημα φως, τεράστια ποσά ενέργειας και σωματίδια υψηλής ταχύτητας.
«Η Έναστρη Νύχτα» του Βαν Γκογκ και το Μεγάλο Κύμα του Χοκουσάι
Πέρα από τη μεγάλη επιστημονική σημασία της ανακάλυψης, οι ερευνητές δήλωσαν εντυπωσιασμένοι και από την αισθητική των νέων εικόνων.
«Ίσως η λέξη "μεγαλοπρεπείς" να περιγράφει καλύτερα την ομορφιά αυτών των εικόνων», είπε ο Βόγκερ.
Ο Κουρίντζε επισήμανε ότι οι καλλιτέχνες είχαν αποτυπώσει διαισθητικά αυτούς τους στροβιλισμούς πολύ πριν τους παρατηρήσει η επιστήμη.
«Ένα χαρακτηριστικό παράδειγμα είναι η "Έναστρη Νύχτα" του Βαν Γκογκ, όπου οι στροβιλώδεις σχηματισμοί του ουρανού μοιάζουν εντυπωσιακά με τις τυρβώδεις δομές της αστάθειας Kelvin–Helmholtz.
Ανάλογη ομοιότητα συναντάμε και στο διάσημο χαρακτικό του Χοκουσάι, "Το Μεγάλο Κύμα έξω από την Καναγκάβα", όπου οι καμπύλες κορυφές των κυμάτων θυμίζουν το χαρακτηριστικό σχήμα αυτών των δινών. Είναι μια υπενθύμιση ότι η θεμελιώδης γεωμετρία της φύσης βρίσκει συχνά τον δρόμο της μέσα στην ανθρώπινη τέχνη».
