臺北市立天文科學教育館

來自美國國家科學基金會國家太陽天文台（NSF NSO）、德國馬克斯普朗克太陽系研究所（MPS）和美國高海拔天文台（HAO）的研究人員在太陽物理學領域取得了突破性發現。利用位於夏威夷、全球最大的丹尼爾．井上太陽望遠鏡（Daniel K. Inouye Solar Telescope），結合高解析度電腦模擬，首次在太陽表面清楚觀測到極微小的電漿漩渦。這些結構最小寬度僅約20公里，已逼近目前大型太陽望遠鏡與數值模擬的解析度極限，相當於從180公里外辨識一枚1歐元硬幣，為研究太陽表面的細微動力學提供前所未有的視野。

圖說：井上太陽望遠鏡在416奈米波段，拍攝到迄今為止解析度最高的太陽表面影像，顯示在太陽米粒組織的邊緣，有許多帶有漩渦運動的條紋狀結構。影像來源：NSF/NSO/AURA/MPS

這些微小漩渦出現在太陽「米粒組織」邊緣。米粒組織是由直徑約500至2,000公里的明亮顆粒構成，源自太陽內部高溫電漿上升至表面、冷卻後再向下沉降的對流運動，因此外觀如同沸騰液體。最新影像顯示，米粒邊緣存在細密的流蘇狀結構，並反覆出現類似海浪碎裂般的旋轉運動。研究人員認為，這是流體力學中的「克耳文－亥姆霍茲不穩定性（Kelvin-Helmholtz instability）」現象造成的結果：當相鄰流體以不同速度流動，交界處的剪切作用會使微小擾動逐漸發展成波浪或漩渦。

圖說：圖中將井上太陽望遠鏡的觀測結果（左上）和電腦模擬所產生的圖像（右上）進行對照，可以看見在太陽表面米粒組織周圍，流速不同的電漿介面之間有許多因克耳文－亥姆霍茲不穩定性（Kelvin-Helmholtz instability）現象而產生的微小漩渦，發現藉由此現象逐漸累積會使磁性流體的邊界發生扭曲和變形。影像來源： NSF/NSO/AURA/HAO

這項發現也可能解答太陽磁場如何扭曲並儲存能量的長期問題。理論認為，太陽磁力線如同被扭緊的彈簧，當磁力線持續纏繞、扭曲，便能累積大量磁能；當結構變得不穩定時，磁力線可藉由「磁重聯（magnetic reconnection）」突然斷裂並重新連接，快速釋放能量，甚至可能產生微小的「奈米閃焰（nanoflare）」。然而，究竟是什麼機制持續驅動磁力線扭曲，過去一直缺乏明確答案。研究顯示，這些普遍且持續出現的微小漩渦，很可能正是其中一項重要驅動機制。

分析亦發現，微小漩渦能有效混合帶有磁場與未磁化的電漿，可能促使磁通量從太陽表面迅速向上輸送至太陽大氣。太陽磁場約以11年為週期大幅重組，在宇宙尺度上屬於相當快速的變化，但現有模型仍難以完整解釋磁通量如何如此有效地擴散與輸送。新發現的微小漩渦因此不僅揭露過去無法看見的太陽表面細節，也可能成為理解磁場輸運、太陽大氣加熱，以及11年太陽活動週期背後物理機制的重要線索。（編輯／蔡承穎）

資料來源：Max-Planck-Gesellschaft