Солнечное вращение — Solar rotation
Вращение Солнца зависит от широты . Солнце не является твердым телом, но состоит из газообразной плазмы . Разные широты вращаются в разные периоды. Источником этого дифференциального вращения является область современных исследований в солнечной астрономии. Наблюдается, что скорость вращения поверхности самая высокая на экваторе (широта φ = 0 ° ) и уменьшается с увеличением широты. Период вращения Солнца составляет 24,47 суток на экваторе и почти 38 суток на полюсах . Средняя ротация — 28 дней.
СОДЕРЖАНИЕ
Поворот поверхности как уравнение
Дифференциальное вращение скорости, как правило , описывается уравнением:
ω знак равно А + B грех 2 ( φ ) + C грех 4 ( φ ) <\ displaystyle \ omega = A + B \, \ sin ^ <2>(\ varphi) + C \, \ sin ^ <4>(\ varphi)> 
где — угловая скорость в градусах в день, — солнечная широта, а A, B и C — постоянные. Значения A, B и C различаются в зависимости от методов, используемых для измерения, а также от исследуемого периода времени. Текущий набор принятых средних значений: ω <\ displaystyle \ omega> φ <\ displaystyle \ varphi>
А = 14,713 ± 0,0491 ° / сут В = -2,396 ± 0,188 ° / сут С = -1,787 ± 0,253 ° / сут.
Сидерическое вращение
На экваторе период вращения Солнца составляет 24,47 суток. Это называется сидерическим периодом вращения, и его не следует путать с синодическим периодом вращения 26,24 дня, который является временем, когда фиксированный объект на Солнце вращается в такое же видимое положение, как если бы он был виден с Земли . Синодический период длиннее, потому что Солнце должно вращаться в течение сидерического периода плюс дополнительная величина из-за орбитального движения Земли вокруг Солнца. Обратите внимание, что в астрофизической литературе обычно не используется период экваториального вращения, но вместо этого часто используется определение вращения Кэррингтона : синодический период вращения 27,2753 дня или сидерический период 25,38 дня. Этот выбранный период примерно соответствует прямому вращению на 26 ° северной или южной широты, что согласуется с типичной широтой солнечных пятен и соответствующей периодической солнечной активностью. Когда Солнце рассматривается с «севера» (над северным полюсом Земли), солнечное вращение идет против часовой стрелки (на восток). Человеку, стоящему на Северном полюсе , кажется, что солнечные пятна движутся слева направо по лицу Солнца.
Число вращения Бартельса
Число вращения Бартельса — это серийный счетчик, который исчисляет видимые вращения Солнца, если смотреть с Земли, и используется для отслеживания определенных повторяющихся или изменяющихся паттернов солнечной активности. Для этого каждая ротация длится ровно 27 дней, что близко к синодической скорости ротации Кэррингтона. Юлиус Бартельс произвольно назначил один день вращения 8 февраля 1832 года. Серийный номер служит своего рода календарем для отметки периодов повторяемости солнечных и геофизических параметров.
Вращение Кэррингтона
Вращения Керрингтона представляет собой систему для сравнения местоположения на Солнце в течение определенного периода времени, что позволяет следующее из солнечных пятен групп или повторного появления сыпи на более позднее время.
Поскольку вращение Солнца изменяется в зависимости от широты, глубины и времени, любая такая система обязательно произвольна и делает сравнение значимым только в течение умеренных периодов времени. Солнечное вращение принято равным 27,2753 дня (см. Ниже) для целей вращения Кэррингтона. Каждому обороту Солнца по этой схеме присваивается уникальный номер, называемый числом вращения Кэррингтона, начиная с 9 ноября 1853 г. (Число вращения Бартелса — аналогичная схема нумерации, которая использует период ровно 27 дней и начинается с 8 февраля, 1832.)
Гелиографическая долгота солнечного объекта обычно относится к его угловому расстоянию относительно центрального меридиана, то есть того, что определяет линия Солнце-Земля. «Долгота Кэррингтона» того же объекта относится к произвольной фиксированной контрольной точке воображаемого жесткого вращения, как первоначально определил Кэррингтон .
Ричард Кристофер Кэррингтон определил скорость вращения Солнца по солнечным пятнам на низких широтах в 1850-х годах и получил 25,38 дня для периода звездного вращения. Сидерическое вращение измеряется относительно звезд, но поскольку Земля вращается вокруг Солнца, мы видим этот период как 27,2753 дня.
Можно построить диаграмму с долготой пятен по горизонтали и временем по вертикали. Долгота измеряется временем пересечения центрального меридиана и основана на вращениях Кэррингтона. В каждом вращении, нанесенном на график под предыдущими, большинство солнечных пятен или других явлений будут снова появляться непосредственно под тем же явлением при предыдущем вращении. В течение длительного времени могут наблюдаться небольшие отклонения влево или вправо.
В Бартелсе «музыкальная диаграмма» или спираль участок Condegram другие методы для выражения приблизительной 27-дневной периодичности различных явлений , происходящих на поверхности Солнца.
Использование солнечных пятен для измерения вращения
Константы вращения были измерены путем измерения движения различных объектов («индикаторов») на поверхности Солнца. Первыми и наиболее широко используемыми индикаторами являются солнечные пятна . Хотя солнечные пятна наблюдались с древних времен, только когда телескоп начал использоваться, они наблюдали их вращение вместе с Солнцем, и, таким образом, можно было определить период вращения Солнца. Английский ученый Томас Харриот, вероятно, был первым, кто наблюдал солнечные пятна телескопически, о чем свидетельствуют рисунок в его записной книжке от 8 декабря 1610 года и первые опубликованные наблюдения (июнь 1611 года) под названием «De Maculis in Sole Observatis, et Apparente earum cum Sole Conversione. Наррацио »(« Повествование о пятнах, наблюдаемых на Солнце и их видимом вращении вместе с Солнцем ») был написан Иоганном Фабрициусом, который систематически наблюдал за пятнами в течение нескольких месяцев и также отмечал их движение по солнечному диску. Это можно считать первым наблюдательным свидетельством вращения Солнца. Кристоф Шайнер («Rosa Ursine sive solis», книга 4, часть 2, 1630) был первым, кто измерил экваториальную скорость вращения Солнца и заметил, что вращение в более высоких широтах медленнее, поэтому его можно считать первооткрывателем солнечной энергии. дифференциальное вращение.
Каждое измерение дает немного другой ответ, что дает вышеуказанные стандартные отклонения (показаны как +/-). Св. Иоанн (1918) был, пожалуй, первым, кто суммировал опубликованные скорости вращения Солнца, и пришел к выводу, что различия в рядах, измеренных в разные годы, вряд ли могут быть отнесены к личным наблюдениям или местным возмущениям на Солнце и, вероятно, связаны со временем. изменения скорости вращения, и Hubrecht (1915) был первым, кто обнаружил, что два полушария Солнца вращаются по-разному. Изучение данных магнитографа показало, что синодический период в соответствии с другими исследованиями составляет 26,24 дня на экваторе и почти 38 дней на полюсах.
Внутреннее солнечное вращение
До появления гелиосейсмологии , исследования волновых колебаний Солнца, о внутреннем вращении Солнца было известно очень мало. Считалось, что дифференциальный профиль поверхности простирается внутрь Солнца в виде вращающихся цилиндров с постоянным угловым моментом. Благодаря гелиосейсмологии теперь известно, что это не так, и профиль вращения Солнца был найден. На поверхности Солнце медленно вращается на полюсах и быстро на экваторе. Этот профиль продолжается примерно радиальными линиями через зону солнечной конвекции во внутреннюю часть. На тахоклине вращение резко сменяется твердотельным в зоне солнечной радиации .
Источник
Скорость движения Солнца и Галактики во Вселенной
В данной статье рассматривается скорость движения Солнца и Галактики относительно разных систем отсчета:
— скорость движения Солнца в Галактике относительно ближайших звезд, видимых звезд и центра Млечного Пути;
— скорость движения Галактики относительно местной группы галактик, удаленных звездных скоплений и реликтового излучения.
Краткая характеристика Галактики Млечный Путь.
Описание Галактики.
Прежде чем приступить к изучению скорости движения Солнца и Галактики во Вселенной, познакомимся с нашей Галактикой поближе.
Мы живем как бы в гигантском «звездном городе». Вернее – в нем «живет» наше Солнце. Населением этого «города» являются разнообразные звезды, и «проживает» их в нем более двухсот миллиардов. Несметное множество солнц рождается в нем, переживает свою молодость, средний возраст и старость – проходят долгий и сложный жизненный путь, длящийся миллиарды лет.
Громадны размеры этого «звездного города» — Галактики. Расстояния между соседними звездами в среднем равны тысячам миллиардов километров (6*1013 км). А таких соседей свыше 200 миллиардов.
Если бы мы со скоростью света (300 000 км/сек) мчались от одного конца Галактики до другого, на это ушло бы около 100 тысяч лет.
Вся наша звездная система медленно вращается, как гигантское колесо, состоящее из миллиардов солнц.
В центре Галактики, по всей видимости, располагается сверхмассивная чёрная дыра (Стрелец A*) (около 4,3 миллиона солнечных масс) вокруг которой, предположительно, вращается чёрная дыра средней массы от 1000 до 10 000 масс Солнца и периодом обращения около 100 лет и несколько тысяч сравнительно небольших. Их совместное гравитационное действие на соседние звёзды заставляет последние двигаться по необычным траекториям. Существует предположение, что большинство галактик имеет сверхмассивные чёрные дыры в своем ядре.
Для центральных участков Галактики характерна сильная концентрация звёзд: в каждом кубическом парсеке вблизи центра их содержатся многие тысячи. Расстояния между звёздами в десятки и сотни раз меньше, чем в окрестностях Солнца.
Ядро Галактики с огромной силой притягивает все остальные звезды. Но громадное количество звезд расселено и по всему «звездному городу». А они тоже притягивают друг друга в разных направлениях, и это сложно влияет на движение каждой звезды. Поэтому Солнце и миллиарды других звезд в основном движутся по круговым путям или эллипсам вокруг центра Галактики. Но это лишь «в основном» — присмотревшись, мы увидели бы, что они движутся по более сложным кривым, извивающимся путям среди окружающих звезд.
Характеристика Галактики Млечный Путь:
Место нахождения Солнца в Галактике.
Где в Галактике находится Солнце и движется ли оно (а с ним и Земля, и мы с вами)? Не находимся ли мы в «центре города» или хотя бы где-нибудь недалеко от него? Исследования показали, что Солнце и солнечная система расположены на громадном расстоянии от центра Галактики, ближе к «городским окраинам» (26 000 ± 1 400 св. лет).
Солнце расположено в плоскости нашей Галактики и удалено от ее центра на 8 кпк и от плоскости Галактики примерно на 25 пк (1 пк (парсек) = 3,2616 светового года). В области Галактики, где расположено Солнце, звездная плотность составляет 0,12 звезд на пк3.
Скорость движения Солнца в Галактике.
Скорость движения Солнца в Галактике принято рассматривать относительно разных систем отсчета:
— Относительно ближайших звезд.
— Относительно всех ярких звезд, видимых невооруженным глазом.
— Относительно межзвездного газа.
— Относительно центра Галактики.
Остановимся подробнее на каждом из пунктов.
1. Скорость движения Солнца в Галактике относительно ближайших звезд.
Подобно тому, как скорость летящего самолета рассматривается по отношению к Земле, не учитывая полета самой Земли, так и скорость движения Солнца можно определить относительно ближайших к нему звезд. Таким, как звезды системы Сириус, Альфа Центавра и др.
Эта скорость движения Солнца в Галактике сравнительно невелика: всего 20 км/сек или 4 а.е. (1астрономическая единица равна среднему расстоянию от Земли до Солнца – 149,6 млн км.)
Солнце относительно ближайших звезд движется по направлению к точке (апексу), лежащей на границе созвездий Геркулеса и Лиры, примерно под углом 25° к плоскости Галактики. Экваториальные координаты апекса = 270°, = 30°.
2. Скорость движения Солнца в Галактике относительно видимых звезд.
Если рассматривать движение Солнца в Галактике Млечный Путь относительно всех звезд, видимых без телескопа, то его скорость и того меньше.
Скорость движения Солнца в Галактике относительно видимых звезд составляет — 15 км/сек или 3 а.е.
Апекс движения Солнца в данном случае также лежит в созвездии Геркулеса и имеет следующие экваториальные координаты: = 265°, = 21°.
3. Скорость движения Солнца в Галактике относительно межзвездного газа.
Следующий объект Галактики, относительно которого мы рассмотрим скорость движения Солнца, — это межзвездный газ.
Вселенские просторы далеко не так пустынны, как считалось долгое время. Хотя и в небольших количествах, но везде присутствует межзвездный газ, наполняя собой все уголки мирозданья. На межзвездный газ, при кажущейся пустоте незаполненного пространства Вселенной, приходится почти 99% от совокупной массы всех космических объектов. Плотные и холодные формы межзвездного газа, содержащие водород, гелий и минимальные объемы тяжелых элементов (железо, алюминий, никель, титан, кальций), находятся в молекулярном состоянии, соединяясь в обширные облачные поля. Обычно в составе межзвездного газа элементы распределены следующим образом: водород – 89%, гелий – 9%, углерод, кислород, азот – около 0,2-0,3%.
Облака межзвездного газа могут не только упорядоченно вращаться вокруг галактических центров, но и обладать нестабильным ускорением. В течение нескольких десятков миллионов лет они догоняют друг друга и сталкиваются, образуя комплексы из пыли и газа.
В нашей Галактике основной объем межзвездного газа сосредоточен в спиральных рукавах, один из коридоров которых расположен рядом с Солнечной системой.
Скорость движения Солнца в Галактике относительно межзвездного газа: 22-25 км/сек.
Межзвездный газ в ближайших окрестностях Солнца имеет значительную собственную скорость (20-25 км/с) относительно ближайших звезд. Под его влиянием апекс движения Солнца смещается в сторону созвездия Змееносца ( = 258°, = -17°). Разница в направлении движения около 45°.
4. Скорость движения Солнца в Галактике относительно центра Галактики.
В трех рассмотренных выше пунктах речь идет о так называемой пекулярной, относительной скорости движения Солнца. Иными словами, пекулярная скорость — это скорость относительно космической системы отсчета.
Но Солнце, ближайшие к нему звезды, местное межзвездное облако все вместе участвуют в более масштабном движении – движении вокруг центра Галактики.
И здесь речь идет уже о совсем других скоростях.
Скорость движения Солнца вокруг центра Галактики огромна по земным меркам — 200-220 км/сек (около 850 000 км/час) или больше 40 а.е. / год.
Точную скорость Солнца вокруг центра Галактики определить невозможно, ведь центр Галактики скрыт от нас за плотными облаками межзвездной пыли. Однако все новые и новые открытия в этой области все уменьшают расчетную скорость нашего солнца. Еще совсем недавно говорили о 230-240 км/сек.
Солнечная система в Галактике движется по направлению к созвездию Лебедя.
Движение Солнца в Галактике происходит перпендикулярно направлению на центр Галактики. Отсюда галактические координаты апекса: l = 90°, b = 0° или в более привычных экваториальных координатах — = 318°, = 48°. Поскольку это движение обращения, апекс смещается и совершает полный круг за «галактический год», примерно 250 миллионов лет; угловая его скорость
5″ / 1000 лет, т.е. координаты апекса смещаются на полтора градуса за миллион лет.
Нашей Земле от роду около 30 таких «галактических лет».
Кстати, интересный факт на тему скорости движения Солнца в Галактике:
Скорость вращения Солнца вокруг центра Галактики почти совпадает со скоростью волны уплотнения, образующей спиральный рукав. Такая ситуация является нетипичной для Галактики в целом: спиральные рукава вращаются с постоянной угловой скоростью, как спицы в колесах, а движение звёзд происходит с другой закономерностью, поэтому почти всё звёздное население диска то попадает внутрь спиральных рукавов, то выпадает из них. Единственное место, где скорости звёзд и спиральных рукавов совпадают — это так называемый коротационный круг, и именно на нём расположено Солнце.
Для Земли это обстоятельство чрезвычайно важно, поскольку в спиральных рукавах происходят бурные процессы, образующие мощное излучение, губительное для всего живого. И никакая атмосфера не смогла бы от него защитить. Но наша планета существует в сравнительно спокойном месте Галактики и в течение сотен миллионов (или даже миллиардов) лет не подвергалась воздействию этих космических катаклизмов. Возможно, именно поэтому на Земле смогла зародиться и сохраниться жизнь.
Скорость движения Галактики во Вселенной.
Скорость движения Галактики во Вселенной принято рассматривать относительно разных систем отсчета:
— Относительно Местной группы галактик (скорость сближения с галактикой Андромеда).
— Относительно удаленных галактик и скоплений галактик (скорость движения Галактики в составе местной группы галактик к созвездию Девы).
— Относительно реликтового излучения (скорость движения всех галактик в ближайшей к нам части Вселенной к Великому Аттрактору – скоплению огромных сверхгалактик).
Остановимся подробнее на каждом из пунктов.
1. Скорость движения Галактики Млечный Путь к Андромеде.
Наша Галактика Млечный Путь также не стоит на месте, а гравитационно притягивается и сближается с галактикой Андромеда со скоростью 100-150 км/с. Основной компонент скорости сближения галактик принадлежит Млечному Пути.
Поперечная составляющая движения точно не известна, и беспокойства о столкновении преждевременны. Дополнительный вклад в это движение вносит и массивная галактика M33, находящаяся примерно в том же направлении, что и галактика Андромеды. В целом скорость движения нашей Галактики относительно барицентра Местной группы галактик около 100 км / сек примерно в направлении Андромеда/Ящерица (l = 100, b = -4, = 333, = 52), однако эти данные еще весьма приблизительны. Это весьма скромная относительная скорость: Галактика смещается на собственный диаметр за две-три сотни миллионов лет или, очень примерно, за галактический год.
2. Скорость движения Галактики Млечный Путь к скоплению Девы.
В свою очередь, группа галактик, в которую входит и наш Млечный путь, как некое единое целое, движется к большому скоплению Девы со скоростью 400 км/с. Это движение также обусловлено гравитационными силами и осуществляется относительно удаленных скоплений галактик.
3. Скорость движения Галактики во Вселенной. На Великий Аттрактор!
Реликтовое излучение.
Согласно теории Большого Взрыва, ранняя Вселенная представляла собой горячую плазму, состоящую из электронов, барионов и постоянно излучающихся, поглощающихся и вновь переизлучающихся фотонов.
По мере расширения Вселенной плазма остывала и на определённом этапе замедлившиеся электроны получили возможность соединяться с замедлившимися протонами (ядрами водорода) и альфа-частицами (ядрами гелия), образуя атомы (этот процесс называется рекомбинацией).
Это случилось при температуре плазмы около 3000 К и примерном возрасте Вселенной 400 000 лет. Свободного пространства между частицами стало больше, заряженных частиц стало меньше, фотоны перестали так часто рассеиваться и теперь могли свободно перемещаться в пространстве, практически не взаимодействуя с веществом.
Те фотоны, которые были в то время излучены плазмой в сторону будущего расположения Земли, до сих пор достигают нашей планеты через пространство продолжающей расширяться вселенной. Эти фотоны составляют реликтовое излучение, представляющее собой равномерно заполняющее Вселенную тепловое излучение.
Существование реликтового излучения было предсказано теоретически Г. Гамовым в рамках теории Большого взрыва. Экспериментально его существование было подтверждено в 1965 году.
Скорость движения Галактики относительно реликтового излучения.
Позже началось изучение скорости движения Галактик относительно реликтового излучения. Определяется это движение измерением неравномерности температуры реликтового излучения в разных направлениях.
Температура излучения имеет максимум в направлении движения и минимум в противоположном направлении. Степень отклонения распределения температуры от изотропного (2,7 К) зависит от величины скорости. Из анализа наблюдательных данных следует, что Солнце движется относительно реликтового излучения со скоростью 400 км/с в направлении =11,6, =-12 .
Такие измерения показали также и другую важную вещь: все галактики в ближайшей к нам части Вселенной, включая не только нашу Местную группу, но и скопление Девы и другие скопления, движутся относительно фонового реликтового излучения с неожиданно большой скоростью.
Для Местной группы галактик она составляет 600-650 км / сек с апексом в созвездии Гидра (=166, =-27). Выглядит это так, что где-то в глубинах Вселенной существует огромный кластер многих сверхскоплений, притягивающий материю нашей части Вселенной. Этот кластер был назван Великим Аттрактором — от английского слова «attract» — притягивать.
Поскольку галактики, входящие в состав Великого Аттрактора, скрыты межзвездной пылью, входящей в состав Млечного Пути, картографирование Аттрактора удалось выполнить только в последние годы с помощью радиотелескопов.
Великий Аттрактор находится на пересечении нескольких сверхскоплений галактик. Средняя плотность вещества в этом районе ненамного больше средней плотности Вселенной. Но за счет гигантских размеров его масса оказывается настолько велика и сила притяжения столь огромна, что не только наша звездная система, но и другие галактики и их скопления поблизости движутся в направлении Великого Аттрактора, формируя огромный поток галактик.
Итак, подведем итоги.
Скорость движения Солнца в Галактике и Галактики во Вселенной. Сводная таблица.
Иерархия движений, в которых принимает участие наша планета:
— вращение Земли вокруг Солнца;
— вращение вместе с Солнцем вокруг центра нашей Галактики;
— движение относительно центра Местной группы галактик вместе со всей Галактикой под действием гравитационного притяжения созвездия Андромеда (галактики М31);
— движение к скоплению галактик в созвездии Девы;
— движение к Великому Аттрактору.
Скорость движения Солнца в Галактике и скорость движения Галактики Млечный Путь во Вселенной. Сводная таблица.
Сложно себе представить, а еще сложнее рассчитать, как далеко мы перемещаемся каждую секунду. Расстояния эти — огромны, а погрешности в таких расчетах пока еще достаточно велики. Вот какими данными располагает наука на сегодняшний день.
Источник