北京
它们或许能解开一个困扰科学家数十年的谜团。
上图是由井上太阳望远镜在416纳米波段拍摄的、迄今最高分辨率的太阳表面（光球层）图像。它揭示了磁元扭曲的边界和超精细条纹，两者均与开尔文-亥姆霍兹不稳定性有关。
利用位于夏威夷的井上太阳望远镜，研究人员获得了迄今为止对太阳可见表面最高空间分辨率的观测结果。
你从未见过这样的太阳。
在今天发表于《自然》杂志的一项研究中，研究人员展示了迄今为止获得的太阳可见表面（即光球层）最高分辨率的图像。这些图像不仅美不胜收，更蕴含着关于我们这颗母恒星基础物理的关键信息，其中包括对一个长期理论预言的现象的首次实验证实，而这一现象唯有凭借井上太阳望远镜的高空间分辨率才能揭示。
“在微观层面了解太阳上正在发生什么，这非常重要，”论文第一作者、国家太阳天文台的天文学家戴维·库里泽告诉媒体，“如果我们想理解太阳、它的磁性和它的全球动力学，就必须搞清楚那些小尺度的微观磁场。”
拉近镜头，细看太阳
美国国家科学基金会的丹尼尔·K·井上太阳望远镜坐落在毛伊岛哈雷阿卡拉盾状火山山顶附近，是世界上最强大的太阳望远镜。它拥有无人能及的13英尺（约4米）口径主镜，收集的阳光量是其他望远镜的七倍，因此能够生成格外清晰、细节丰富的光球层图像。
上图是对该图像所选区域的特写视图，展现了此次观测非凡的空间分辨率。插图标示出了在数十千米尺度上的变形磁边界和超精细暗纹（开尔文-亥姆霍兹不稳定性的特征）。
库里泽是一支国际科学家团队的成员，他们最初的目的是寻找最佳方法，以充分发挥井上太阳望远镜的性能。通过开发和测试各种提升图像质量的技术，最终催生了今日亮相的这些令人震撼的太阳特写。
“当我和同事们坐在那里，第一次看到这些图像时，我们立刻辨认出了这些开尔文-亥姆霍兹不稳定性图样，马上就兴奋得不得了，”合著者、国家太阳天文台资深科学家、井上太阳望远镜仪器项目科学家弗里德里希·沃格告诉媒体。
开尔文-亥姆霍兹不稳定性（KHI）发生在两种流体以不同速度相互滑过时，会在交界面上产生“剪切力”，使微小的扰动逐渐发展成波浪状或螺旋状的涡旋。太阳光球层的 KHI 早已被理论所预言，但直到现在，研究人员才首次直接观测到这一现象的特征。
“我们能够看到它们，并最终清晰地证明它们源自开尔文-亥姆霍兹不稳定性——这真是一种格外满足又美妙的感觉，”沃格说。
回答太阳物理学中的重大问题
据研究人员称，这一发现可能有助于解开一些科学谜团，比如日冕加热问题。根据普林斯顿等离子体物理实验室的数据，太阳表面的温度约为1万华氏度（5500摄氏度），而其外层大气——日冕——的温度则接近200万华氏度，差不多是前者的200倍。
这令人费解，因为按理说，离炽热表面越远，温度就应该越低。研究人员早先猜测 KHI 对日冕加热有所贡献，而这些新获得的详细观测结果将帮助他们更深入地探究这一点。
这一发现还可能有助于解释为何太阳磁周期如此之短。太阳的磁极大约每11年翻转一次，以宇宙时间尺度来衡量，这速度非常快。要让这么快速的周期运转起来，太阳的磁场必须能够极其高效地耗散和重组，但目前的模型很难解释这是如何发生的。KHI 可能就是谜题中缺失的那一块拼图，因为它在耗散磁场方面极为有效。
如今，有了井上太阳望远镜提供的高分辨率数据，研究人员计划利用计算机程序自动识别和研究 KHI 的那些涡旋特征。这将有助于他们确定这一现象在光球层中的普遍程度，KHI 能向上携带多少能量进入日冕，以及它们在多大程度上影响磁场在太阳低层大气中的扩散方式。
库里泽说：“这一发现为解决当前太阳物理学中一些最重大的问题和谜团开辟了全新的途径。”
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