Определение периода вращения солнца
Методы определения вращения Солнца
Определить скорость вращения Солнца — это значит узнать на наблюдений, с какой скоростью вращаются различные слои Солнца, детали и образования на его поверхности. Обычно скорость вращения выражается в угловой мере (градус/сутки) и линейной (км/сек). Употребляют понятие периода вращения, приводя количество суток, в течение которого Солнце совершает полный оборот.
Длительные и трудоемкие наблюдения завершались обычно выводом эмпирических формул, описывающих зависимость угловой скорости от гелиографической широты. Наиболее известной и распространенной до сих пор является формула, имеющая вид
ω (φ) = А + В sin 2 φ, (1)
где φ — гелиографическая широта; А — значение экваториальной скорости вращения Солнца; В — коэффициент, определяющий, как быстро убывает с ростом широты угловая скорость вращения, т. е. он является мерой дифференциальности вращения. Эта формула была впервые получена французским астрономом Фаем и носит его имя. Коэффициенты А и В могут быть различными для разных образований солнечной атмосферы, по которым определяется скорость вращения Солнца. Даже для одних и тех же образований, например, солнечных пятен, значения коэффициентов в формуле Фая будут отличаться, если использованы различные временные ряды наблюдений.
В этой главе авторы не ставят своей целью проследить в хронологическом порядке за развитием исследований вращения Солнца. Хотелось бы посвятить ее в основном следующим вопросам.
- Краткое описание существующих методов определения скорости вращения Солнца.
- Солнечное вращение — один из самых важных вопросов гелиофизики, который следует разбить на две части, а именно:
- а) вращение «среднего» Солнца в сравнении с вращением звезд класса G и со звездами других классов;
- б) вращение Солнца на различных широтах и глубинах согласно результатам наблюдений, имеющихся в распоряжении исследователей в настоящее время.
- Почему вращению Солнца придается такой интерес и какое влияние оно оказывает на солнечные явления, на процессы, происходящие в атмосфере Солнца, и основы физических теорий.
- Как объяснить вращение Солнца? Этот вопрос также нужно разделить на две части:
- а) каковы теории эволюции углового момента для звезд, в основном, и для Солнца, в частности (учитывая быстровращающиеся ядра)?
- б) каковы теории дифференциального вращения Солнца в настоящее время?
Существует много способов исследования вращения Солнца. Все они сводятся к двум основным методам его измерения:
1) по смещению со временем различных образований солнечной атмосферы (трассеров), таких, как солнечные пятна, факелы, волокна, крупно- и мелкомасштабные магнитные поля, образования в зеленой и электронной коронах, проявления в радиоизлучении и т. д.;
2) по доплеровским сдвигам отдельных спектральных линий в спектре Солнца в различных точках диска или его края (лимба). Этот метод называется спектральным. Информация, полученная из наблюдения трассеров, может быть проанализирована также двумя различными путями, а именно:
а) вычислением ежедневных смещений отдельных образований на солнечном диске;
б) статистическим анализом серии временных данных.
При использовании первого способа можно получить непосредственно угловую скорость, второго — объяснить основные периоды вращения Солнца для различных широт. Во всех этих методах есть свои достоинства и недостатки. Например, большие трудности возникают при определении скорости вращения по трассерам, так как скорости вращения и вид кривой дифференциального вращения зависят от вида трассера. Предполагается, что они связаны с подповерхностными слоями, которые вращаются с большей скоростью. Таким образом, трассеры не обязательно отражают движение того слоя атмосферы Солнца, которому они принадлежат. К этому следует добавить, что все образования солнечной атмосферы имеют тенденцию менять свою форму и вообще разрушаться со временем, что неизбежно отражается на значении искомой величины.
Спектральный метод, дающий линейную скорость вращения, имеет свои недостатки, в основном методического и технического характера.
Источник
Вращение Солнца вокруг своей оси
За сколько дней Солнце делает оборот вокруг оси — Солнце имеет форму шара или сплюснуто у полюсов?
Известно, что планеты Солнечной системы, в том числе наша Земля, вращаются вокруг Солнца. А вот вращается ли само Солнце вокруг своей оси, и если это так, подчиняется ли вращение солнца тем же правилам, что и вращение меньших небесных тел?
За сколько дней Солнце делает оборот вокруг оси?
Ответ на первую часть вопроса утвердительный – Солнце действительно вращается вокруг собственной оси, причем один полный оборот оно совершает за 25 земный дней, при этом скорость вращения Солнца около 7200 км/час, что приблизительно в 4 раза больше скорости вращения Земли. Ответ на вторую часть заслуживает более детального рассмотрения.
Пятна на Солнце – именно благодаря им нам известна скорость вращения Солнца вокруг своей оси и текущий наклон оси вращения светила
Вращение Солнца вокруг своей оси не похоже на вращение твердого тела, экваториальные области Солнца совершают полный оборот быстрее, чем средние широты, о чем мы заключаем из того факта, что перемещения солнечных пятен вблизи экватора заметно опережает пятна, расположенные ближе к полюсам. Схожая картина наблюдается и у планет-газовых гигантов, таких как Юпитер и Сатурн.
Определить направление оси вращения Солнца достаточно просто. Если бы эта ось была перпендикулярна к плоскости земной орбиты, то казалось бы, что солнечные пятна движутся по диску Солнца все время вдоль прямых линий.
На самом же деле по прямой они движутся только около 6-го июня и 6-го декабря. В остальное время они движутся по кривым, причем максимум кривизны наступает в промежуточные даты 7 марта и 8 сентября. Кривизна этих путей невелика, но при точном измерении видно, что ось Солнца составляет примерно 7° с перпендикуляром к плоскости орбиты Земли.
Таким образом, с июня по декабрь нам виден северный полюс Солнца, а в течение второй половины года — южный.
Таким образом, основные сведения о вращении нашей домашней звезды можно получить одним лишь визуальным осмотром, наблюдая группы солнечных пятен на её поверхности.
Солнце имеет форму шара или сплюснуто у полюсов?
Нам известно, что за счет вращения, Земля представляет собой не идеальный шар, а несколько “сплюснута” с полюсов. Ее полярный диаметр вследствие центробежной силы, развивающейся при вращении, на 43 км меньше экваториального. Можно ли наблюдать такой же эффект и на Солнце?
Вас может заинтересовать
На этот вопрос нелегко ответить, так как если Солнце и отклоняется от сферической формы, то отклонение это весьма незначительно. Вдобавок, засечь его чрезвычайно трудно.
Дело в том, что свет, идущий от нижнего края солнечного диска, должен пройти несколько большую толщу земной атмосферы, чем тот, который исходит от верхнего края. Это различие проходимого пути, как бы оно ни было мало, все же приводит к ошибкам, которые трудно учесть.
Наклон оси Солнца в разные времена года на Земле. Р-Р – ось вращения Солнца, N – «север» Солнца
Мы убеждены, что некоторое сплющивание солнца у полюсов должно иметь место, но для его определения придется искать новые методы наблюдений.
Экваториальный диаметр Солнца измерить гораздо проще, чем полярный. В полдень восточный и западный края Солнца находятся на одной и той же высоте над горизонтом. Следовательно, путь световых лучей через земную атмосферу, по существу, будет одинаков.
Наибольшую проблему оценки истинного диаметра солнца при наблюдении с Земли вызывает влияние земной атмосферы. Даже если атмосфера неподвижна, любая легкая дымка приводит к тому, что Солнце кажется большего размера, чем есть в действительности.
Этот эффект, известный под названием иррадиации, может привести к ошибке до 0,1%. При этом, учитывая, что диаметр Солнца составляет 109 диаметров Земли, ошибка будет исчисляться сотнями километров!
Источник
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