Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Дифференциалдық айналу, айналатын дененің әртүрлі бөліктері әртүрлі бұрыштық жылдамдықпен (немесе айналу жылдамдықтарымен) дененің әртүрлі ендіктерінде және/немесе тереңдіктерінде және/немесе уақыт бойынша әртүрлі қозғалғанда байқалады. Бұл дененің қатаң емес екенін көрсетеді. Сұйық денelerde, мысалы, аккрециялық дискілерде, бұл қиылысқа (shear) алып келеді. Галактикалар мен протожұлдыздар көбінесе дифференциалдық айналуды көрсетеді; Күн жүйесіндегі мысалдарға Күн, Юпитер және Сатурн жатады. Шамамен 1610 жылы Галилео Галилей күн дақтарын байқап, Күннің айналуын есептеп шығарды. 1630 жылы Кристоф Шейнер Күннің полюстерде және экваторда әртүрлі айналу периоды бар екенін, бұл қазіргі мәндермен сәйкес екенін хабарлады.
Variations in rotation rates
Differential rotation is seen when different parts of a rotating object move with different angular velocities (or rates of rotation) at different latitudes and/or depths of the body and/or in time. This indicates that the object is not rigid. In fluid objects, such as accretion disks, this leads to shearing. Galaxies and protostars usually show differential rotation; examples in the Solar System include the Sun, Jupiter and Saturn. Around the year 1610, Galileo Galilei observed sunspots and calculated the rotation of the Sun. In 1630, Christoph Scheiner reported that the Sun had different rotational periods at the poles and at the equator, in good agreement with modern values.
Себеп
Жұлдыздар мен планеталар ең алдымен бұрыштық импульстің сақталуының арқасында айналады, бұл олар пайда болатын молекулалық бұлттың бөліктерінің кездейсоқ қозғалысын бірігіп келе жатқанда айналмалы қозғалысқа айналдырады. Денеңің орташа айналуы ескерілгенде, ішкі дифференциалдық айналу жұлдыздардағы конвекциядан туындайды, ол ядродан сыртқа қарай тік температура градиенттерінен туындаған массаның қозғалысы болып табылады. Бұл масса жұлдыздың бұрыштық импульсінің бір бөлігін алып жүреді, осылайша бұрыштық жылдамдықты қайта бөледі, және тіпті жұлдыздың жұлдыздық желдер арқылы бұрыштық жылдамдығын жоғалтуына мүмкіндік береді. Сондықтан дифференциалдық айналу жақын орналасқан аймақтардағы температуралық айырмашылықтарға байланысты.
Stars and planets rotate in the first place because conservation of angular momentum turns random drifting of parts of the molecular cloud that they form from into rotating motion as they coalesce. Given this average rotation of the whole body, internal differential rotation is caused by convection in stars which is a movement of mass, due to steep temperature gradients from the core outwards. This mass carries a portion of the star's angular momentum, thus redistributing the angular velocity, possibly even far enough out for the star to lose angular velocity in stellar winds. Differential rotation thus depends on temperature differences in adjacent regions.
Өлшем
Жұлдыздардың дифференциалдық айналуын өлшеудің және есептеудің көптеген жолдары бар, осы арқылы әртүрлі ендіктерде әртүрлі бұрыштық жылдамдықтар бар-жоқ екенін анықтауға болады. Ең айқын жолы – жұлдыз бетіндегі дақтарды қадағалау. Күннің "p режимдерінің" гелиосейсмологиялық өлшемдерін жүргізу арқылы дифференциалдық айналуды анықтау мүмкін. Күннің ішкі бөлігінде бір уақытта тербелетін көптеген акустикалық режимдер бар, ал олардың жиіліктерінің инверсиясы Күн ішкі бөлігінің айналуын анықтауға мүмкіндік береді. Бұл тереңдікке және (әсіресе) ендікке байланысты өзгереді. Оптикалық спектрдегі сіңіру сызықтарының кеңейтілген пішіндері vrotsin(i) шамасына тәуелді, мұнда i – көру сызығы мен айналу осі арасындағы бұрыш, бұл айналу жылдамдығының көру сызығы бойынша компоненті vrot-ты зерттеуге мүмкіндік береді. Бұл экватор мен полюстердегі vrot үшін төмендегі (2) теңдеуді пайдаланып, сызық пішіндерінің Фурье түрлендіруінен есептеледі. 2-суретті де қараңыз. Күннің дифференциалдық айналуы магнитограммаларда да көрінеді, яғни Күннің магнит өрістерінің күшін және орналасуын көрсететін суреттерде. Радио сәулеленуін тұрақты түрде шығаратын жұлдыздардың дифференциалдық айналуын өлшеу мүмкін. 7 жылдық M9 ультрасуық жұлдызы TVLM 513 46546 бақылаулары арқылы астрономдар радио толқындарының келу уақытындағы шағын өзгерістерді өлшеуге қол жеткізді. Бұл өлшемдер радио толқындарының бірнеше жыл бойы жүйелі түрде 1–2 секунд ертерек немесе кешіккен күйде келуі мүмкін екенін көрсетті. Күнде белсенді аймақтар радиожарықтардың жиі кездесетін көзі болып табылады. Зерттеушілер бұл әсерді әртүрлі ендіктерде пайда болатын және жоғалатын белсенді аймақтармен түсіндіруге келді, бұл Күннің дақ айналымы кезінде болады.
There are many ways to measure and calculate differential rotation in stars to see if different latitudes have different angular velocities. The most obvious is tracking spots on the stellar surface. By doing helioseismological measurements of solar "p modes" it is possible to deduce the differential rotation. The Sun has very many acoustic modes that oscillate in the interior simultaneously, and the inversion of their frequencies can yield the rotation of the solar interior. This varies with both depth and (especially) latitude. The broadened shapes of absorption lines in the optical spectrum depend on vrotsin(i), where i is the angle between the line of sight and the rotation axis, permitting the study of the rotational velocity's line of sight component vrot. This is calculated from Fourier transforms of the line shapes, using equation (2) below for vrot at the equator and poles. See also plot 2. Solar differential rotation is also seen in magnetograms, images showing the strength and location of solar magnetic fields. It may be possible to measure the differential of stars that regularly emit flares of radio emission. Using 7 years of observations of the M9 ultracool dwarf TVLM 513 46546, astronomers were able to measure subtle changes in the arrival times of the radio waves. These measurements demonstrate that the radio waves can arrive 1–2 seconds sooner or later in a systematic fashion over a number of years. On the Sun, active regions are common sources of radio flares. The researchers concluded that this effect was best explained by active regions emerging and disappearing at different latitudes, such as occurs during the solar sunspot cycle.
Әсерлер
Жұлдыздың конвекциялық қабаттарында бұрыштық импульстің қайта бөлінуінен туындаған бұрыштық айналудағы градиенттер, сыртқы қабықшалардағы магнитогидродинамикалық (динамо) механизмдер арқылы ірі масштабты магнит өрісін тудырудың басты қозғаушы күші деп күтілуде. Осы екі аймақ арасындағы шекарада бұрыштық айналу градиенттері ең жоғары болады, сондықтан да динамо процестерінің тиімділігі осы жерде күтіледі. Ішкі дифференциалдық айналу – жұлдыздардағы араласу процестерінің бір бөлігі, ол материалдарды және жұлдыздың жылуын/энергиясын араластырады. Дифференциалдық айналу, жұлдыздық бетіндегі әртүрлі Доплер эффектісінен туындаған сызық кеңеюі арқылы жұлдыздық оптикалық сіңіру спектрлеріне әсер етеді. Күннің дифференциалдық айналуы такоклинде серпіліс тудырады. Бұл аймақ, конвекциялық аймақтағы дифференциалдық айналудан ішкі бөлігіндегі дерлік қатты дене айналысына өтетін жер, және орталықтан 0,71 күн радиусы қашықтықта орналасқан.
Gradients in angular rotation caused by angular momentum redistribution within the convective layers of a star are expected to be a main driver for generating the large scale magnetic field, through magneto hydrodynamical (dynamo) mechanisms in the outer envelopes. The interface between these two regions is where angular rotation gradients are strongest and thus where dynamo processes are expected to be most efficient. The inner differential rotation is one part of the mixing processes in stars, mixing the materials and the heat/energy of the stars. Differential rotation affects stellar optical absorption line spectra through line broadening caused by lines being differently Doppler shifted across the stellar surface. Solar differential rotation causes shear at the so called tachocline. This is a region where rotation changes from differential in the convection zone to nearly solid body rotation in the interior, at 0.71 solar radii from the center.
Күн
Күндегі тербелістерді зерттеу нәтижесінде, айналудың бүкіл сәулеленуші ішкі қабатында шамамен тұрақты екені, ал конвекциялық қабықта радиус және ендікке байланысты өзгеретіні анықталды. Күннің экваторлық айналу жылдамдығы ~2 км/с құрайды; оның дифференциалдық айналуы бұрыштық жылдамдықтың ендік артуымен төмендеуін көрсетеді. Полюстер алыс жұлдыздарға қатысты өлшенгенде 34,3 күнде бір айналым жасайды, ал экватор 25,05 күнде бір айналым жасайды (жұлдыздық айналыс). Күн конвекциясының жоғары турбуленттік сипаты және айналудың тудырған анизотропиялары модельдеу динамикасын күрделендіреді. Күндегі молекулалық таралу шкалалары конвекциялық қабықтың тереңдігінен кем дегенде алты есе кішідірек. Күн конвекциясының тікелей сандық симуляциясы үш өлшемнің әрқайсысында осы масштабтардың толық диапазонын шешуі керек. Сәйкесінше, барлық күн дифференциалдық айналу модельдері, нақты есептелмеген турбуленттік қозғалыстар арқылы импульс және жылу тасымалына қатысты белгілі бір жуықтауларды қамтуы тиіс. Осылайша, модельдеу әдістерін орташа өріс модельдері немесе ірі бұрқасынды модельдер деп жіктеуге болады, бұл жуықтауларға байланысты.
On the Sun, the study of oscillations revealed that rotation is roughly constant within the whole radiative interior and variable with radius and latitude within the convective envelope. The Sun has an equatorial rotation speed of ~2 km/s; its differential rotation implies that the angular velocity decreases with increased latitude. The poles make one rotation every 34.3 days and the equator every 25.05 days, as measured relative to distant stars (sidereal rotation). The highly turbulent nature of solar convection and anisotropies induced by rotation complicate the dynamics of modeling. Molecular dissipation scales on the Sun are at least six orders of magnitude smaller than the depth of the convective envelope. A direct numerical simulation of solar convection would have to resolve this entire range of scales in each of the three dimensions. Consequently, all solar differential rotation models must involve some approximations regarding momentum and heat transport by turbulent motions that are not explicitly computed. Thus, modeling approaches can be classified as either mean field models or large eddy simulations according to the approximations.