Что вокруг чего вращается? Вращается ли солнце

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.

Если вы зайдете на сайт solarmonitor.org , который показывает как выглядит солнце на различных длинах волн прямо сегодня, то вы заметите, что солнечные пятна вращаются вместе со всем Солнцем слева направо. Некоторые пятна живут по несколько недель, в то время, как другие по несколько солнечных циклов. Так как солнечные вспышки, оказывающие влияние на наши самолеты, спутники и линии электропередач, обычно случаются в солнечных пятнах и их интенсивность пропорциональна размеру, точнее магнитному потоку пятна, военные организации отслеживают движение крупных солнечных пятен по поверхности солнца.

Солнечные пятна видимым образом перемещаются по солнечному диску от восточного края к западному. Это перемещение Галилей в 1610 г. правильно понял как выражение осевого вращения Солнца, направленного так же, как вращение Земли. Пятна, особенно крупные, существуют долго, и поэтому можно наблюдать их повторное появление на обращенной к Земле стороне Солнца, а фиксируя более точно их положение на солнечном диске, можно легко и точно установить синодический период вращения Солнца S. Он будет отличаться от звездного периода вращения Р, так как мы наблюдаем вращение Солн вокруг оси с движущейся Земли. Период обращения Земли Е составляет 1 год. Три величины - S, Р и Е - связаны очевидной формулой

из которой легко получить период Р вращения Солнца вокруг своей оси относительно звезд.

Исследование движений пятен позволило установить, с одной стороны, положение в мировом пространстве оси вращения и экватора Солнца, а с другой, - показало, что пятна, помимо общего монотонного перемещения по диску Солнца, имеют еще собственные перемещения по нему.

Вместе с тем оказалось, что период возвращения пятен в то же положение на диске Солнца закономерно изменяется с гелиографической широтой (т. е. с положением пятна относительно солнечного экватора): экваториальные области Солнца вращаются всего быстрее, а по мере удаления от экватора вращение замедляется. Проследить это экваториальное ускорение вращения Солнца по пятнам удается лишь в поясе от +40° до -40° гелиографической широты, так как на более высоких широтах пятна почти не встречаются.

Весьма обстоятельное определение элементов вращения Солнца сделал более 100 лет назад Кэррингтон. Он нашел следующее положение экватора Солнца:

долгота восходящего узла солнечного экватора относительно эклиптики

наклон солнечного экватора к эклиптике

Земля пересекает плоскость солнечного экватора в начале июня и в начале декабря. В это время пути видимого перемещения пятен по диску Солнца прямолинейны. В остальное время они криволинейны. Первую половину года к Земле обращен южный полюс Солнца, а вторую - северный.

Для расчета гелиографических долгот служит, по предложению Кэррингтона, тот нулевой меридиан, который проходил через центр солнечного диска в гринвичский полдень 1 января 1854 г. (юлианская дата JD 2 398 220,0). В дальнейшем этот же меридиан проходит центр солнечного диска через каждые 27,2753 суток, на основании чего идет счет солнечных оборотов (так, например, 1954, дек. 21,63 начался 1355-й оборот Солнца). Приведенное выше значение есть синодический период S вращения Солнца на средней широте пятен (около 16°). Ему соответствует по формуле (1.1) звездный период вращения Солнца . Отсюда получается угловая скорость вращения Солнца на гелиографической широте за сутки. На других гелиографических широтах угловая скорость

Это одна из многих эмпирических формул, выводимых по наблюдениям тысяч пятен.

Большое количество пятен в данном случае необходимо, чтобы уничтожить влияние эффекта собственных перемещений пятен по поверхности Солнца. С меньшей точностью определяется вращение Солнца по факелам. Одно из таких определений дало формулу

Описанными средствами изучается вращение Солнца вблизи его экватора. Для того чтобы проследить солнечное вращение на более высоких широтах, эффективно применяется метод определения лучевых скоростей противоположных точек солнечного диска, лежащих на одной широте.

Для этого получают спектрограммы того и другого края солнечного диска одновременно, одну под другой, для чего диск Солнца проектируют на длинную щель спектрографа, и призмами, установленными перед щелью, переносят изображения противоположных точек диска в середину щели на ось спектрографа (призмы расположены подобно зеркалам в перископе и, в частности, в перископическом интерферометре; см. КПА 461). При достаточно большой дисперсии, например 0,5 А/мм, линии солнечного спектра, принадлежащие восточному и западному краям Солнца, будут заметным образом смещены друг оносительно друга; величина этого смещения даст (по формуле эффекта Доплера) удвоенную скорость вращения Солнца на соответствующей гелиографической широте. В конце прошлого и начале нынешнего столетия были проведены многочисленные и обширные ряды наблюдений (Дунер, Хальм, Белопольский, Адамс и др.), позволяющие проследить вращение Солнца до гелиографической широты 75°. По последним определениям оно подчиняется формуле вида (1.2) или (1.3), но с существенно иным значением вращения на экваторе, а именно:

Из формулы (1.4) получается скорость вращения экватора Солнца 1,93 км/с, тогда как по формуле (1.2) эта же величина получается равной 2,03 км/с.

Можно думать, что такие расхождения реальны и связаны с различием уровней, на которых существуют пятна или зарождаются спектральные линии. Кроме того, на протяжении десятилетий значение первого члена в формуле (1.4) сильно меняется: так, в начале нашего столетия экваториальная скорость вращения Солнца определялась как 2,06 и даже 2,08 км/с, но ввиду множества обстоятельств, осложняющих наблюдения и обработку, говорить о реальном изменении скорости вращения Солнца было бы неосторожно, тем более, что самые последние измерения опять дают среднее значение скорости вращения Солнца на экваторе 2,06 км/с. Для характеристики изменения вращения Солнца с широтой формула (1.4) заслуживает полного доверия. В частности, из нее следует, что на широте 75° период вращения Солнца достигает 32 земных суток.

Все изложенные факты - экваториальное ускорение вращения Солнца и разная скорость вращения его на разных уровнях - указывают на то, что Солнце вращается не как твердое тело. Это вполне соответствует нашему представлению о его газовой природе.

> > Вращается ли Солнце

Вращается ли Солнце вокруг оси: движение слоев звезды на фото, скорость полюсов и экватора, длительность суток на Солнце, вращение вокруг центра Млечного Пути.

Вращение Солнца довольно трудно определить. Все зависит от того, о какой части Солнца мы ведем речь. Обескуражены? Эта проблема озадачивала астрономов в течение долгого времени. Давайте посмотрим на то как, изменяется вращение Солнца.

Точке на солнечном экваторе требуется 24.47 дней, чтобы обернуться вокруг . Астрономы называют это звездным периодом вращения, это отличается от Синодального периода (время, нужное для пятна на Солнце, чтобы повернутся назад, лицом к Земле). Скорость вращения оси нашей звезды уменьшается с приближения к полюсам, поэтому звездный период вращения может занять до 38 дней для районов вокруг полюсов.

Вращение Солнца можно заметить, наблюдая . Все пятна перемещаются по его поверхности. Это является частью общего вращения Солнца вокруг собственной оси. Исследования показывают, что Солнце вращается дифференциально, а не как твердое тело. Это означает, что наша звезда вращается быстрее в экваторе и медленнее на своих полюсах. и тоже имеют дифференциальное вращение.

И так, астрономы начали измерять скорость оси вращения с произвольной позиции под 26 градусов на экваторе; это примерно та точка, где мы наблюдаем большинство солнечных пятен. На данный момент вращение на экваторе занимает 25.38 суток (это время необходимое для поворота и возврата на то же место в космосе).

Астрономы знают, что внутри Солнца вращение происходит иначе, чем на поверхности. Сначала вращаются внутренние районы, ядро и радиационные зоны. Затем начинают вращаться наружные слои и .

Солнечная система постоянно вращается вокруг . Средняя скорость вращения нашей системы составляет 828000 км/ч. В этом случае нашему Солнцу понадобится 230 миллионов лет, для одного витка вокруг Млечного Пути. Млечный Путь считается галактикой спирального типа, состоящей из центральной выпуклости, четырех рукавов и ряда мелких сегментов. Солнце располагается рядом с рукавом Ориона, между рукавами и . Размер нашей галактики составляет сто тысяч световых лет, а мы находимся на удалении от центра на расстоянии 28 тысяч световых лет. Достаточно недавно было выдвинуто предположение, что наша галактика на самом деле является спиральной. Это означает, что вместо выпуклости газа и звезд в ядре галактики, там, находится скопление звезд, пересекающих центральную выпуклость.

Поэтому, если кто-то спрашивает, что такое вращение оси Солнца, спросите его: какой частью они интересуются.

Вы сидите, стоите или лежите, читая эту статью, и не ощущаете, что Земля вращается вокруг своей оси с бешеной скоростью - примерно 1 700 км/ч на экваторе. Однако скорость вращения не кажется такой уж быстрой, если перевести ее в км/с. Получится 0,5 км/с - едва заметная вспышка на радаре, в сравнении с другими окружающими нас скоростями.

Так же, как и другие планеты Солнечной системы, Земля вращается вокруг Солнца. И чтобы удерживаться на своей орбите, она двигается со скоростью 30 км/с. Венера и Меркурий, находящиеся ближе к Солнцу, двигаются быстрее, Марс, орбита которого проходит за орбитой Земли, движется намного медленнее нее.

Но даже Солнце не стоит на одном месте. Наша галактика Млечный Путь - огромная, массивная и тоже подвижная! Все звезды, планеты, газовые облака, частицы пыли, черные дыры, темная материя - все это движется относительно общего центра масс.

По предположениям ученых, Солнце находится на расстоянии 25 000 световых лет от центра нашей галактики и двигается по эллиптической орбите, совершая полный оборот каждые 220–250 млн лет. Получается, что скорость Солнца - около 200–220 км/с, что в сотни раз выше скорости движения Земли вокруг оси и в десятки раз выше скорости ее движения вокруг Солнца. Вот так выглядит движение нашей Солнечной системы.

Стационарна ли галактика? Снова нет. Гигантские космические объекты обладают большой массой, а следовательно, создают сильные гравитационные поля. Дайте Вселенной немного времени (а оно у нас было - примерно 13,8 миллиардов лет), и все начнет двигаться в направлении наибольшего притяжения. Вот почему Вселенная не однородна, а представляет собой галактики и группы галактик.

Что это означает для нас?

Это означает, что Млечный Путь тянут к себе другие галактики и группы галактик, расположенные поблизости. Это означает, что доминируют в этом процессе массивные объекты. И это означает, что не только наша галактика, но и все окружающие испытывают влияние этих «тягачей». Мы все ближе подходим к пониманию того, что происходит с нами в космическом пространстве, но нам все еще не хватает фактов, например:

• каковы были начальные условия, при которых зародилась Вселенная;
• как различные массы в галактике двигаются и изменяются со временем;
• как образовывался Млечный Путь и окружающие галактики и скопления;
• и как это происходит сейчас.

Однако есть трюк, который поможет нам разобраться.

Вселенную наполняет реликтовое излучение с температурой 2,725 К, которое сохранилось со времен Большого Взрыва. Кое-где есть крошечные отклонения - около 100 мкК, но общий температурный фон постоянен.

Это происходит потому, что Вселенная образовалась в результате Большого Взрыва 13,8 миллиардов лет назад и до сих пор расширяется и охлаждается.

Через 380 000 лет после Большого Взрыва Вселенная охладилась до такой температуры, что стало возможным образование атомов водорода. До этого фотоны постоянно взаимодействовали с остальными частицами плазмы: сталкивались с ними и обменивались энергией. По мере остывания Вселенной заряженных частиц стало меньше, а пространства между ними - больше. Фотоны смогли свободно перемещаться в пространстве. Реликтовое излучение - это фотоны, которые были излучены плазмой в сторону будущего расположения Земли, но избежали рассеяния, так как рекомбинация уже началась. Они достигают Землю сквозь пространство Вселенной, которая продолжает расширяться.

Вы сами можете «увидеть» это излучение. Помехи, которые возникают на пустом канале телевизора, если вы используете простую антенну, похожую на заячьи уши, на 1% вызваны реликтовым излучением.

И все-таки температура реликтового фона не одинакова во всех направлениях. По результатам исследований миссии Planck, температура несколько различается в противоположных полушариях небесной сферы: она немного выше на участках неба южнее эклиптики - около 2,728 K, и ниже в другой половине - около 2,722 K.

Эта разница почти в 100 раз больше остальных наблюдаемых колебаний температуры реликтового фона, и это вводит в заблуждение. Почему так происходит? Ответ очевиден - эта разница происходит не из-за флуктуаций реликтового излучения, она появляется, потому что есть движение!

Когда вы приближаетесь к источнику света или он приближается к вам, спектральные линии в спектре источника смещаются в сторону коротких волн (фиолетовое смещение), когда отдаляетесь от него или он от вас - спектральные линии смещаются в сторону длинных волн (красное смещение).

Реликтовое излучение не может быть более или менее энергичным, значит, мы движемся сквозь пространство. Эффект Доплера помогает определить, что наша Солнечная система движется относительно реликтового излучения со скоростью 368 ± 2 км/с, а местная группа галактик, включающая Млечный Путь, галактику Андромеды и галактику Треугольника, движется со скоростью 627 ± 22 км/с относительно реликтового излучения. Это так называемые пекулярные скорости галактик, которые составляют несколько сотен км/с. Помимо них существуют еще космологические скорости, обусловленные расширением Вселенной и рассчитываемые по закону Хаббла.

Благодаря остаточному излучению от Большого Взрыва мы можем наблюдать, что во Вселенной постоянно все движется и изменяется. И наша галактика - лишь часть этого процесса.

Наша звезда, снятая через фильтры

Вращение Солнца зависит от того откуда его измеряет наблюдатель, заинтересованы? Пятна на экваторе примерно за 24,47 земных суток, совершают полный оборот вокруг.

Астрономы называют это сидерическим периодом вращения, который отличается от синодического периода количеством времени, необходимого для того, чтобы пятна повернулись вокруг Солнца при наблюдении с Земли.

Скорость вращения уменьшается по мере приближения к полюсам, так что на полюсах период вращения вокруг оси может достигать 38 дней.

Наблюдения вращения

Движение Солнца хорошо заметно, если наблюдать его пятна. Все пятна двигаются по поверхности. Это движение является частью общего движения звезды вокруг своей оси.

Наблюдения показывают, что оно вращается не как твердое тело, а дифференцированно.

Это означает, что оно движется быстрее на экваторе и медленнее на полюсах. Газовые гиганты: Юпитер и Сатурн, также имеют дифференциальное вращение.

Астрономы измерили скорость вращения Солнца с широты 26 ° от экватора, и обнаружили, что один оборот вокруг оси занимает 25,38 дней. Его ось составляет угол, равный 7 градусам и 15 минутам.

Внутренние регионы и ядро вращаются вместе как твердое тело. А внешние слои, конвективная зона и фотосфера, вращаются с разной скоростью.

Обращение Солнца вокруг центра галактики

Наше светило и мы вместе с ним вращается вокруг центра галактики Млечный Путь. Средняя скорость составляет 828000 км/час. Один оборот занимает около 230 миллионов лет. Млечный Путь является спиральной галактикой. Считается, что она состоит из центрального ядра, 4-х основных рукавов, имеющих несколько коротких сегментов.