Ett team av forskare ledda av Max Planck Institute for Solar System Research (MPS) och universitetet i Göttingen har upptäckt nya virvelvågor på solen. Som beskrivs i dagens nummer av Natur astronomi , dessa Rossby-vågor utbreder sig i motsatt riktning mot rotation, har flera månaders livstid, och maximala amplituder vid solens ekvator. I fyrtio år hade forskare spekulerat om förekomsten av sådana vågor på solen, som bör finnas i varje roterande vätskesystem. Nu, de har otvetydigt upptäckts och karaktäriserats för första gången. Solens Rossby-vågor är nära släktingar till Rossby-vågorna som är kända för att förekomma i jordens atmosfär och hav.

I nästan varje väderkarta över jordens norra halvklot är atmosfäriska Rossby-vågor ett framträdande inslag. De visas som slingrar i jetströmmen som skiljer kall polarluft i norr från varmare subtropisk luft längre söderut. Ibland når dessa vågor ekvatorialområdena och kan till och med påverka vädret i Australien. I princip, vågor av denna typ (ofta kallade planetariska vågor) uppstår på varje roterande sfär på grund av Corioliskraften. Saturnus hexagon, ett stabilt molnmönster på planetens nordpol, kan också vara ett uttryck för dessa vågor.

Förekomsten av Rossby-vågor i stjärnor förutspåddes för ungefär fyrtio år sedan. "Solar Rossby-vågor har mycket små amplituder och perioder på flera månader, så de är extremt svåra att upptäcka", säger Prof. Dr. Laurent Gizon, koordinator för teamet som gjorde upptäckten och regissör vid MPS. Studien krävde högprecisionsobservationer av solen under många år. Forskarna från MPS analyserade en sexårig datauppsättning från Heliospheric and Magnetic Imager (HMI) ombord på NASA:s Solar Dynamics Observatory (SDO), i drift sedan 2010.

"HMI-bilderna har tillräckligt hög rumslig upplösning för att vi ska kunna följa rörelsen av fotosfäriska granuler på solens synliga yta", säger doktor Björn Löptien, forskare vid MPS och första författare till artikeln. Dessa granuler är små konvektiva celler som är ungefär 1500 kilometer stora på solytan. I deras nya studie, forskarna använde granulerna som passiva spårämnen för att avslöja det underliggande, mycket större virvelflöden i samband med Rossbyvågorna. Dessutom, metoder för helioseismologi användes för att bekräfta upptäckten och för att studera Rossby-vågorna i solens inre på djup upp till 20 000 kilometer.

"Allt som allt, vi hittar storskaliga virvelvågor på solen som rör sig i motsatt riktning mot rotationen. Att dessa vågor bara ses i ekvatorialområdena är helt oväntat", Gizon förklarar. Vorticitetsmönstren är stabila i flera månader. Forskarna kunde för första gången fastställa förhållandet mellan vågornas frekvens och våglängd – vilket tydligt identifierade dem som Rossby-vågor.

"Solar Rossby-vågor är gigantiska i storlek, med våglängder jämförbara med solradien", Gizon förklarar. De är en väsentlig komponent i solens inre dynamik eftersom de bidrar med hälften av solens storskaliga kinetiska energi.