Волны Россби возникают из-за неодинаковой на разных широтах силы Кориолиса — инерционной, порождаемой вращением Земли. В результате в атмосфере формируются течения планетарного масштаба, влияющие на погоду и климат. Они переносят теплый воздух из тропиков к полюсам, а холодный — обратно, определяют чередование циклонов и антициклонов. В океане эти течения движутся вдоль термоклина — границы между теплым верхним слоем воды и нижним холодным.

Около 40 лет назад ученые предсказали, что волны Россби должны быть и на Солнце, вращающемся, как и Земля, вокруг своей оси. Солнечная плазма ведет себя, как жидкость и газ, с той лишь разницей, что у нее еще есть магнитное поле.

В 2018-м немецкие специалисты из Института исследований Солнечной системы имени Макса Планка зафиксировали на экваторе звезды волновые завихрения, распространяющиеся в направлении, противоположном ее вращению. В качестве индикаторов движения использовали гранулы — конвективные ячейки размером около 1,5 тысяч километров, которыми покрыта вся видимая поверхность Солнца — фотосфера.

Проанализировав данные гелиосейсмического и магнитного детектора HMI космической обсерватории солнечной динамики НАСА SDO (Solar Dynamics Observatory) за шесть лет наблюдений, ученые отметили перемещение фотосферных гранул и выявили более крупные вихревые потоки. Оказалось, что их контролируют волны Россби, отличающиеся на Солнце гигантскими размерами, сравнимыми с радиусом звезды, очень малой амплитудой и периодом колебаний в несколько месяцев. Неудивительно, что их раньше не замечали.

Недавно исследователи из Центра космических наук Нью-Йоркского университета в Абу-Даби (NYUAD) тщательно перепроверили данные HMI за десять лет с момента запуска SDO в 2010-м и дополнили их результатами группы Global Oscillation Network Group за 24 года — всемирной сети из шести идентичных телескопов, наблюдающих за Солнцем в режиме 24/7.

В итоге обнаружили еще один вид колебаний, названный высокочастотными ретроградными волнами (HFR). Они выглядят как меняющийся узор вихрей (вроде земных циклонов и антициклонов), располагающихся антисимметрично — в шахматном порядке, с двух сторон от солнечного экватора.

Физическая природа HFR пока непонятна. Как и волны Россби, они движутся против вращения звезды, но в три раза быстрее. Скорее всего, в их образовании участвуют еще какие-то силы: магнитные поля, гравитационные волны или конвекционные потоки плазмы. Не исключено одновременное воздействие двух или трех дополнительных факторов.

Ранее британские ученые выяснили, что акустические волны, исходящие из недр Солнца, и магнитные в короне — самом внешнем слое солнечной атмосферы — интерферируют, входя на определенных частотах в резонанс.

Возможно, считают ученые, в глубинах Солнца есть какие-то еще неизвестные нам силы. Во всяком случае, модель, удовлетворительно объясняющую HFR только на основе магнетизма, гравитации и конвекции, построить не удается.

Чтобы понять внутреннее строение звезд и планет, геофизики анализируют волновые колебания на их поверхности. По аналогии с сейсмологией — разделом геофизики, изучающем недра Земли по сейсмическим волнам, отраженным от глубинных границ, в 1980-е возникла гелиосейсмология — наука, посвященная особенностям распространения акустических и гравитационных волн внутри Солнца.

Гелиосейсмические наблюдения позволили выделить солнечное ядро, окружающую его зону лучистого переноса и расположенную ближе к поверхности конвективную зону, где солнечное вещество движется: более горячая плазма из внутренних областей поднимается вверх и, охладившись, опускается обратно.

Несмотря на эти достижения, вопросов еще много. В частности, до сих пор нет объяснения дифференциальному вращению Солнца. На разных широтах точки на его поверхности вращаются по-разному. Есть свидетельства того, что и внутри так же.

Исследователи надеются, что открытие волн нового типа расширит знания о процессах в недрах звезды, поможет построить уточненную модель. Это очень важно для понимания воздействия Солнца на Землю и другие планеты Солнечной системы.