Угловая скорость движения точек поверхности 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
Угловая скорость движения точек поверхности солнца
12 апреля
Ровно 60 лет назад, 12 апреля 1961 года состоялся первый космический полёт с человеком на борту — Юрием Алексеевичем Гагариным!
Ближайшая к Земле звезда и самый яркий объект на небе.
| Горизонтальный параллакс Солнца при его среднем расстоянии от Земли | р = 8,79415″ (в течение года меняется в пределах от 8,65″ до 8,94″) |
| Среднее расстояние | (1 а.е.) r = 1,495979·10 11 м |
| Наибольшее расстояние (Земля в афелии) | 1,5210·10 11 м |
| Наименьшее расстояние (Земля в перигелии) | 1,4710·10 11 м |
| Средний видимый угловой диаметр Солнца | 31′59,30″ = 1919,30″ (на расстоянии 1 а.е.) |
| Наибольший видимый угловой диаметр | 32′31,92″ = 1951,92″ (Земля в перигелии) |
| Наименьший видимый угловой диаметр | 31′27,88″ = 1887,88″ (Земля в афелии) |
| Наклон солнечного экватора к эклиптике | 7,25° |
| Положение полюса вращения Солнца | α = 286,13°, δ = 63,87° |
| Долгота восходящего узла солнечного экватора на эклиптике | 75,77° |
| Сидерический период вращения главного меридиана | 25,38 d |
| Средний синодический период вращения главного меридиана | 27,2753 d |
| Радиус | R = 6,960·10 8 м (≈ 109 радиусов Земли) |
| Масса | М = 1,989·10 30 кг |
| Средняя плотность | 1,409 г/см 3 |
| Центральная плотность | 140—180 г/см 3 | Центральная температура | 15 млн К |
| Видимые звездные величины вне атмосферы | V = –26,75 m ; В = –26,03 m ; U = –25,85 m |
| Абсолютные звездные величины | МV = 4,82 m ; МB = 5,54 m ; МU = 5,72 m |
| Болометрические звездные величины | mbol = –26,83; Mbol = 4,74 m |
| Болометрическая поправка | ВС = –0,08 m |
| Модуль расстояния | m – М = –31,57 m |
| Показатели цвета | B – V = 0,67 m ; U – B = 0,18 m ; V – R = 0,52 m ; V — I = 0,81 m ; V — K = 1,42 m ; V — M = 1,53 m |
| Светимость | L = 3,850·10 26 Вт |
| Солнечная постоянная | 1369 Вт/м 2 |
| Спектральный класс | G2V |
| Эффективная температура | 5779 К |
| Освещенность от Солнца на расстоянии 1 а.е. вне атмосферы Земли | 1,35·10 5 люкс (= 540000 полных Лун) |
| На среднем расстоянии до Солнца | 1″ = 725,3 км, 1′ = 43 516 км |
| Площадь поверхности Солнца | 6,087·10 18 м 2 |
| Объем Солнца | 1,412·10 27 м 3 |
| Гравитационное ускорение на поверхности | 274 м/с 2 = 28g |
| Скорость ускользания с поверхности | 617,7 км/с |
| Момент инерции | 5,7·10 46 кг·м 2 |
| Линейная скорость точки экватора | 2 км/с |
| Момент импульса (угловой момент) на основе вращения поверхности | 1,63·10 41 кг·м 2 ·с -1 |
| Энергия вращения (на основе вращении поверхности) | 2,4·10 35 Дж |
| Общее магнитное поле вблизи полюсов Солнца при минимуме активности | ≈ 1—2 Гс |
| Скорость движения Солнца относительно ближайших звезд | 19,5 км/с |
| Направление движения Солнца | α = 270° = 18 h 00 m , δ = +30° (стандартный апекс), к созвездию Геркулеса |
| Расстояние Солнца от центра Галактики | около 8 кпк ≈ 26000 св. лет |
| Скорость движения Солнца вокруг центра Галактики | около 220 км/с |
| Период обращения Солнца вокруг центра Галактики | около 220 млн лет |
| Возраст Солнца | около 4,6 млрд лет |
| Средняя продолжительность полного цикла солнечной активности | (22,11 ± 0,6) года |
Источник: Куликовский П. Г. Справочник любителя астрономии / Под ред. В. Г. Сурдина. Изд. 5-е, перераб. и полн. обновл. — М.: Эдиториал УРСС, 2002. — 688 с.
Источник
Понятие об угловой скорости: вращение Земли вокруг своей оси и вокруг Солнца
Движение нашей планеты в космическом пространстве можно охарактеризовать двумя типами вращения: вокруг собственной оси и вокруг Солнца. В данной статье рассматривается понятие угловой скорости, приводятся необходимые формулы для вычисления этой величины, а также дается расчет скорости угловой вращения Земли вокруг своей оси и вокруг нашей звезды.
Что такое угловая скорость вращения?
Когда рассматривают перемещение тела в пространстве на большие расстояния, то, как правило, пренебрегают его размерами. В этом случае вводят понятия пути и скорости его движения. Если же решают задачу движения тела вокруг некоторой точки или оси вращения, то пройденный путь всегда равен длине соответствующей окружности, а линейная скорость перемещения заменяется использованием скорости угловой.
Угловая скорость вращения представляет собой угол, на который тело поворачивается вокруг соответствующей оси за единицу времени. Исходя из этого определения, единицей измерения рассматриваемой величины будут радианы в секунду (рад/с). Также можно использовать градусы в секунду (˚/c). Обозначается угловая скорость греческой буквой омега ω.
Основные формулы
Прежде чем переходить к вопросу, чему равна скорость вращения Земли угловая, следует познакомиться с основными формулами, описывающими эту величину.
Как известно, угловая мера всей окружности составляет 360 ˚ или 2×π радиан, где π = 3,1416. Если тело совершает вокруг оси полный оборот за время T, тогда можно записать следующее выражение:
Время T называют периодом обращения, а величина f = 1/T показывает, сколько оборотов тело сделает за единицу времени, то есть характеризует частоту его вращения.
Еще одной важной формулой для угловой скорости является выражение, объединяющее линейную скорость и радиус вращения:
Если проверить единицу измерения ω в этом выражении, то получаем те же радианы в секунду (с -1 ). Формула показывает, что чем меньше расстояние от оси вращения до тела (r), и чем больше его скорость линейная (v), тем больше будет ω.
Из этой формулы можно легко выразить величину v: v = ω×r. Поскольку угловая скорость является величиной постоянной для некоторого рассматриваемого тела, то быстрее будут двигаться те точки, которые находятся дальше от оси вращения.
Рассмотренные формулы и понятия используем для определения скорости угловой вращения Земли вокруг оси и вокруг Солнца.
Вращение нашей планеты вокруг оси
Каждый человек знает, что планета, на которой он живет, вращается вокруг своей оси, причем экваториальная плоскость Земли наклонена под углом 23˚ к плоскости эклиптики.
Как рассчитать угловую скорость вращения вокруг своей оси Земли? Для этого можно воспользоваться совершенно любой из формул, которые приведены были выше. Поскольку мы знаем, что один оборот вокруг оси происходит за 24 часа, то для расчета следует использовать выражение с периодом T. Получаем:
Здесь значение периода T было переведено в секунды. Полученное значение является небольшим.
Представляет интерес рассчитать, с какой линейной скоростью движутся точки на поверхности планеты на широте 0˚ (экватор). Экваториальный радиус Земли равен 6 378 000 м. Подставляя это значение в формулу для скорости, получим:
v = ω×r = 7,27×10 -5 ×6 378 000 = 463,8 м/с = 1670 км/ч.
Полученное значение является большим в сравнении со скоростями, которые мы наблюдаем в жизни. Человек эту скорость не ощущает, поскольку вращается вместе с воздухом и почвой под ногами с одной скоростью, то есть он покоится относительно них.
Рассмотренное вращение Земли приводит не только к возникновению явления дня и ночи, но и к появлению так называемой силы Кориолиса, которая оказывает влияние на некоторые земные процессы, например, изменяет направление ветров.
Вращение Земли по своей орбите
Рассчитаем теперь угловую скорость вращения Земли вокруг Солнца. Для этого воспользуемся следующими данными: точное значение сидерического периода обращения нашей планеты по орбите составляет 365 дней 6 часов 9 минут и 9,7632 секунды, то есть T = 31558149,7632 секунд. Теперь можно воспользоваться формулой:
ω = 2×π/T = 2×3,1416/(31558149,7632) = 1,991×10 -7 рад/с.
То есть угловая орбитальная скорость нашей планеты меньше на 1,5 порядка, чем аналогичная величина для вращения вокруг собственной оси. Вычислим линейную скорость, учитывая, что средний радиус орбиты равен 149 597 871 000 метров:
v = ω×r = 1,991×10 -7 ×149 597 871 000 = 29784,8 м/с = 107 225 км/ч.
С этой огромной скоростью наша планета движется в космическом пространстве вокруг Солнца.
С орбитальным движением планеты и наклоном ее оси связано существование времен года в Северном и Южном полушариях.
Источник
mursic
mursic Солнечный физик из Сан-Франциско
Вращение солнца
Solar Dynamics Observatory, главная космическая солнечная лаборатория NASA, вот уж три года не отводит свой пристальный глаз от солнца. Не выходя из дома, в пасмурный день или даже ночью, мы можем узнать, что происходило на Солнце последние три года.
Первое, что бросается в глаза, когда смотришь на эти наблюдения – это солнечное вращение.
Уже давно из наблюдений солнечных пятен, известно, что поверхность Солнца вращается не как твердое тело, а дифференциально. То есть экватор вращается быстрее чем полюса.
Точки близ солнечного экватора, например солнечные пятна, вращается с периодом 25 дней, в то время как области у полюсов, например приполярные корональные дыры, вращаются с периодом 36 дней. Причина такого вращения – сохранение углового момента.
Когда солнце только только начало сжиматься, т.е. аккрецировать, из большого газового облака под действивем силы гравитации, оно подобно вращающемуся фигуристу, который прижав руки, начинает вращаться быстрее, сохранило свою способность вращаться. Если бы Солнце было твердым, то оно бы вращалось как твердое тело с одной угловой скоростью, но так как Солнце – это звезда, состоящая из плазмы, то разные ее участки вращаются по-разному, т.е. дифференциально.
А что происходит с этим вращением внутри Солнца? Вращается ли Солнце там с одной скоростью или нет?
Дело в том, мы не можем просто так взять и заглянуть внутрь Солнца. Весь видимый солнечный свет приходит к нам с поверхности Солнца, фотосферы. Фотосфера поглощает все фотоны, идущие из нижележащей конвективной зоны. Единственная возможность узнать, что происходит внутри солнца, так это наблюдая солнечные нейтрино. Но, увы, нейтрино не взаимодействуют с веществом, поэтому о движении внутри солнца они нам ничего рассказать не могут.
Структура солнца. Все излучение приходит с фотосферы. Внутрь конвективной зоны и зону лучистого переноса мы заглянуть не можем.
Несмотря на это ограничение, солнечные физики придумали другой способ получения информации о конвективной зоне с помощью звуковых волн. Этот метод сейчас выделился в отдельный раздел солнечной физики, гелиосейсмологию.
Принцип гелиосейсмологии тот же что и в обычной земной сейсмологии.
Если наблюдать за поверхностью солнца в течение длительного времени, то оказывается, что солнечная фотосфера, подобно гигантскому колоколу, колеблется на миллионах различных частот. Т.е. Солнце поет не фальцетом, а с миллионами обертонов. Частоты этих колебаний говорят о структуре и движении вещества, через которые эти колебания проходят. Например, если эти колебания проходят через движущуюся плазму, то частота колебаний смещается из-за эффекта Допплера.
Из гелиосейсмологии выяснилось, что солнце вращается дифференциально не только на поверхности, но и внутри, в конвективной зоне. Еще глубже, в зоне лучистого переноса (см. Первую и вторую картинки), оно вращается твердотельно, т.е. с одной скоростью.
Карта вращения под поверхностью солнца – являются одним из самых больших последних достижений солнечной физики. Горизонтальная ось соответствует экватору, а вертикальная – вертикальной оси вращения солнца. В красных участках солнце вращается c периодом вращение в 25.2 дней, а в синих – с периодом 34 дня.
Узкий участок, обозначенный пунктиром, где дифференциальное вращение сменяется твердотельным называется тахоклиной. Находится она на между конфективной зоной и зоной лучистого переноса.
Несмотря на то, что тахоклина простирается всего на несколько процентов от радиуса солнца, она играет большую роль в жизни Солнца. Именно здесь появляются солнечные пятна, которые со временем в ходе сложного процесса всплывают на поверхность солнца.
Источник