Die am 14. April 2025 mit dem Daniel K. Inouye Solar Telescope auf Hawaii aufgenommenen Bilder der Photosphäre erreichen eine bislang unerreichte Auflösung von etwa 19 Kilometern pro Bildpunkt. In einer magnetisch aktiven Region nahe einer Sonnenfleckengruppe wurden dabei 47 kleine Wirbelstrukturen identifiziert, deren Durchmesser zwischen 25 und 170 Kilometern lagen und die sich mit Geschwindigkeiten von bis zu drei Kilometern pro Sekunde um die magnetischen Konzentrationen bewegten. Die Beobachtungen, die nun in der Fachzeitschrift Nature veröffentlicht wurden, liefern die erste klare experimentelle Bestätigung der Kelvin-Helmholtz-Instabilität (KHI) auf der Sonnenoberfläche.

Die KHI tritt auf, wenn zwei Fluidschichten mit unterschiedlicher Geschwindigkeit aneinander vorbeigleiten – vergleichbar mit Wellen, die Wind auf einer Wasseroberfläche erzeugt. Auf der Sonne entsteht sie, wenn heißes Plasma auf die Ränder intensiver Magnetfeldkonzentrationen trifft und abgelenkt wird. Die dabei entstehenden Scherströmungen führen zu charakteristischen Verwirbelungen, die in den neuen Aufnahmen als feine, federartige Muster sichtbar werden. Der Solarphysiker Ruizhu Chen von der Stanford University, der nicht an der Studie beteiligt war, verglich den Anblick mit den wirbelnden Himmeln in Van Goghs „Sternennacht“.

Die Bedeutung des Nachweises reicht über die reine Bildästhetik hinaus. Die Wirbel durchmischen magnetisiertes Plasma mit weniger stark magnetisiertem Material und können so magnetische Feldlinien verdrillen und Energie akkumulieren. Dieser Prozess gilt als ein möglicher Mechanismus für die Freisetzung von Energie in Form von Sonneneruptionen und koronalen Massenauswürfen, die als Weltraumwetter Satelliten, GPS-Systeme und Stromnetze auf der Erde stören können. Zudem liefert die KHI einen Beitrag zur Lösung des langjährigen Rätsels, warum die äußere Sonnenatmosphäre, die Korona, mit Temperaturen von rund einer Million Kelvin um ein Vielfaches heißer ist als die darunterliegende Photosphäre mit etwa 5.500 Grad Celsius.

Die Forscher um David Kuridze vom National Solar Observatory kombinierten die Teleskopdaten mit numerischen Simulationen, die die beobachteten Strukturen und deren Dynamik reproduzierten. Die Übereinstimmung bestätigt, dass es sich nicht um zufällige Formen, sondern um eine systematische Signatur der KHI handelt. Als nächsten Schritt arbeitet das Team an automatisierten Erkennungsprogrammen, um die Wirbel in künftigen Beobachtungen systematisch zu erfassen. Langfristig sollen die Erkenntnisse in verbesserte Modelle der Weltraumwettervorhersage einfließen, um von einer reaktiven zu einer prädiktiven Warnung vor geomagnetischen Stürmen zu gelangen.