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.

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.

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.

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.

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.