Sunčev sistem | Galaksija | Meteori | Asteroidi | Verovanja | Zanimljivosti |
Rečnik | Vesti | Arhiva | Linkovi | Download | Kontakt |
|
SUNČEVA ROTACIJA DIFERENCIJALNA ROTACIJA SUNCA METODE ISTRAŽIVANJA I REZULTATI Istorijski prikaz Da Sunce rotira ustanovljeno je neposredno nakon konstrukcije prvih teleskopa i otkrića Sunčevih pega, što se pripisuje četvorici istraživača: (Fabricius) Johannes Goldschmidt (1587.1625.) u Nizozemskoj, Galileo Galilei (1564.-1642.) u Italiji, Thomas Harriot (1560.1621.) u Engleskoj i Christoph Scheiner (1575.1650.) u Njemačkoj. Višemesečnim promatranjima Sunčevih pega Galilei je uočio da se one gibaju od istočnog prema zapadnom rubu Sunčeve ploče i da velike, dugoživeće grupe pega nakon približno mesec dana zauzimaju jednaki položaj na Sunčevoj ploči. Galilei zaključuje da je ovakvo kretanje pega posledica Sunčeve rotacije sinodičkim periodom od oko mesec dana. Iz redovnih opažanja pega, koja je početkom 17. veka proveo Scheiner, ustanovljeno je da pege koje se pojavljuju u većim heliografskim širinama rotiraju manjom ugaonom brzinom od onih u blizini Sunčevog ekvatora. Pojava je nazvana diferencijalnom rotacijom i njena prva detaljnija istraživanja sproveo je Richard Christopher Carrington (1826.1875.). Carringtonov način definisanja elemenata koji određuju orijentaciju Sunčeve ose rotacije još i danas se koristi u efemeridnim proračunima. Heliografske koordinate povezane su s orijentacijom Sunčeve ose rotacije u odnosu na ravnu ekliptike, koja je određena dvema veličinama: longitudom uzlaznog čvora Sunčevog ekvatora (W) i inklinacijom Sunčevog ekvatora prema ravni ekliptike (i). Ove dve veličine (W i i) definišu godišnje promene elemenata koji se koriste za određivanje heliografskih koordinata: pozicijskog ugla severnog pola Sunčeve ose rotacije (P) i heliografske širine središta Sunčeve ploče (B0). Vrednosti longitude uzlaznog čvora Sunčevog ekvatora (W) i inklinacije (i) Carrington je odredio 1863. godine postupkom minimaliziranja meridijanskih kretanja pega. Savremena opažanja pokazala su da je vrednost longitude uzlaznog čvora nešto veća od vrednosti koju je dobio Carrington, dok je stvarna inklinacija Sunčevog ekvatora nešto manje od Carringtonove (Wöhl, 1978; Clark et al., 1979; La Bonte, 1981). Godine 1871. astronom Hermann Vogel (1841.1907.) opazio je crveni pomak Fraunhoferovih linija na zapadnoj ivici Sunca i plavi pomak na istočnom, što je protumačio kao posedicu Dopplerov efekta zbog Sunčeve rotacije. Tako je već u 19. veku uvedena spektroskopska metoda određivanja brzine Sunčeve rotacije. Spektroskopska metoda i metoda koja se temelji na praćenju pomaka u Sunčevoj atmosferi sačinjavaju i danas dva osnovna postupka u merenju ugaone brzine Sunčeve rotacije. Diferencijalna rotacija Sunca obično se prikazuje izrazom: w(b) = a + b sin2B + c sin4B (1.1) gdje je w sinodička ili siderička ugaona brzina (0/dan), a B heliografska širina (0).Koeficijent a određuje iznos ekvatorske rotacije, dok koeficijenti b i c opisuju diferencijalnu rotaciju. Posednji član u izrazu (1.1) obično se zanemaruje u nižim heliografskim širinama. Premda se poslednjih godina merena ugaona brzina hoće prikazati pomoću redova čiji su članovi ortogonalne funkcije (Snodgrass, 1992), ipak se za opis diferencijalne rotacije još uvek najčešće koristi standardni izraz (1.1). Najduže posmatrane pojave su Sunčeve pege i druge pojave vidljive u beloj svetlosti (baklje, plages). Pogodnost pega je što postoje njihova dugogodišnja opažanja i to nezavisno s različitih opservatorija. Spomenimo opservatorije Greenwich, Mount Wilson, Kanzelhöhe i Debrecen, koje su već duže vjeme uključene u redovna opažanja Sunčeve fotosfere. Starija opažanja pega većinom su ponovo obrađena savremenim metodama, pri čemu je pretežno korišćena tehnika digitalizacije slika. Merenja položaja pojedinačnih pega ili grupa pega ograničene su tačnosti zbog nepravilnog oblika pega i njihovih morfoloških promena tokom razvoja. Iz istih razloga merenja je nemoguće automatizirati, pa je obrada opažanja vrlo naporan i dugotrajan proces. Radi što tačnijeg određivanje brzine Sunčeve rotacije iz opažanja pega, raspoloživi podaci opažanja obrađuju se raznim statističkim metodama. Rezultati za brzinu Sunčeve rotacije izvedeni iz nezavisnih opažanja različitih opservatorija se ne podudaraju. Poređenje rezultata ukazuje na neke sistematske razlike, koje se mogu protumačiti kao greške u određivanju Sunčevog poluprečnika ili kao posledica distorzije slike zbog atmosferske vidljivosti i teleskopskih grešaka. U postupku obrade opažanja pega vrlo značajan uticaj ima Wilsonova depresija (Priest, 1984), koja se može odrediti ispravljanjem grešaka u rotacijskim brzinama, ili ispravljanjem razlika u rotacijskim brzinama izvedenim iz premeštanja pega na Sunčevoj ploči i iz opažanja njihovih uzastopnih prolaza središnjim meridijanom. Tačnost određivanja brzine Sunčeve rotacije iz opažanja pojedinačnih pega iznose oko 6m/s i ova vrednost odgovara tačnosti od 0,5mm u merenju položaja pega na slici Sunca poluprečnika 150mm (pripadna tačnost u lučnim sekundama je 6"). Statističkom analizom opažanja velikog broja pega (Newton and Nunn, 1951) moguće je smanjiti odstupanje od srednje vrednosti brzine i do 4m/s. Osnovna teškoća pri nalaženju ugaone brzine Sunčeve rotacije iz opažanja pega sadržana je u činjenici da se Sunčeve pege pojavljuju u ograničenom opsegu heliografskih širina od 40o i da se njihova zastupljenost po heliografskoj širini menja tokom ciklusa Sunčeve aktivnosti. Stoga su podaci o diferencijalnoj rotaciji izvedeni iz opažanja pega ograničeni na niske heliografske širine i nisu pogodni za praćenje prostornih i vremenskih promena Sunčeve rotacije. Radi nalaženja brzine rotacije na visokim heliografskim širinama koriste se fragmenti polarne krune, polarne baklje, uzorci magnetnog polja ili pojave vidljive u mikrotalasnim delu spektra. Za određivanje Sunčeve diferencijalne rotacije posebno su pogodni mirni fragmenti i niskotemperaturna područja u mikrotalasnom delu spektra (NTP). Ove pojave povezane su s linijama obrta globalnog fotosferskog magnetnog polja zbog čega su relativno stabilna. Poteškoća kod filamenata i NTPa je njihova visina iznad fotosfere, pa neposrednim merenjem nalazimo njihove projicirane heliografske koordinate. NTPpodručja u mikrotalasnom delu spektra mogu biti prostorno povezana s različitim objektima u Sunčevoj atmosferi među kojima su: Ha filamenti, linije obrta i koronine a šupljine. Pri tomu, visina NTPpodručja i objekta s kojim su povezana (i koji je vidljiv u nekom drugom delu spektra) ne mora biti nužno jednaka. Prividna ugaona brzina izvedena iz projektovanih koordinata veća je od stvarne, što vredi za pojave koje se nalaze u višim slojevima Sunčeve atmosfere. Brzina rotacije u unutrašnjosti Sunca može se odrediti metodama helioseizmologije, tj. merenjima frekvencija raznih modova stojnih talasa na Sunčevoj površini (Beckers, 1981; Schröter, 1985; ChristensenDalsgaard, 1992). Preliminarni rezultati helioseizmoloških istraživanja (dobiveni projektom Global Oscillation Network Group /GONG/ kojeg provodi šest opservatorija s kontinuiranima dnevnim opažanjima i opažanjima satelitom SOHO /Solar and Heliospheric Observatory/) ukazuju da se diferencijalna rotacija odvija i u konvektivnoj zoni Sunca na sličan način kao i na površinskim slojevima i da spoljni slojevi zone zračenja rotiraju konstantnom brzinom (Harvey, 1995). Savremena helioseizmološka istraživanja ukazuju da Sunčevo jezgro ne rotira tako brzo kako se pretpostavljalo.
Pregled rezultata dosadašnjih istraživanja Sunčeve rotacije Rezultati istraživanja Sunčeve diferencijalne rotacije u sažetom su obliku prikazani u tablici 1. ad. Parametri a, b i c koji opisuju diferencijalnu rotaciju dati su u stepenima po danu i odnose se na siderički period Sunčeve rotacije. Podaci u tablici 1 raspoređeni su u četiri skupa. Prvi skup (a) sačinjavaju spektroskopska merenja brzine rotacije fotosferske plazme. Drugi skup (b) podataka čine rezultati dobijeni opažanjima pega. Zatim su prikazani rezultati temeljeni na opažanjima hromosferskih i koroninih ustrojstava (c). Poslednji skup (d) su podaci izvedeni iz opažanja Sunca u mikrotalasnom zračenju. Za pojedina merenja naveden je izvor podataka i period opažanja iz kojih su izvedeni rezultati. Uobičajena greška savremenih spektroskopskih merenja u određivanju parametra a iznose 0,008 0/dan, dok je za parametre b i c ova greška veća otprilike za red veličine (iznose oko 0,08 0/dan). Brzina rotacije izvedena neposredno iz Dopplerovog efekta spektralnih linija manja je (za približno 2,5%) od brzine izvedene praćenjem pomaka Sunčevih pega. Sunčeve pege pokazuju izrazitiju diferencijalnu rotaciju. Najmanja brzina rotacije ustanovljena je za fotosferske baklje i iznose oko 13 0/dan. Dakle, vrednosti brzine rotacije fotosferske plazme izvedene spektroskopskim merenjima nalaze se unutar raspona brzina dobijenih praćenjem pomaka vidljivih fotosferskih ustrojstava. Spora brzina rotacije (13 0/dan) ustanovljena je za tzv. "aktivna područja", definisane kao područja u kojima je magnetno polje 10-3T, pri čemu je iznos brzine obrnuto razmeran veličini aktivne oblasti. Rezultati određivanja ovisnosti brzine rotacije o visini u fotosferi i hromosferi dobijeni spektroskopski većinom su protivrečni ili ne pokazuju značajnu promenu brzine s visinom u Sunčevoj atmosferi. Brzina Sunčeve rotacije izvedena iz praćenja pomaka Sunčevih pega zavisi od osobina upotrebljenih pega: njihovom ustrojstvu (jednostavne, bipolarne, pege pratilje, vodilje), njihovoj površini, starosti (kratkoživeće, dugoživeće, pege povratnice), tj. osobinama koje su sadržane u Zürichškoj klasifikaciji pega. Pege povratnice (H i J tip) pokazuju sporiju rotaciju nego mlade pege (B, C i D tipa) koje rotiraju brže. U tablici 1.b prikazani su rezultati brzine rotacije izvedeni iz opažanja dve klase pega: a) jednostavnih, dugoživućih i pega povratnica, b) "svih pega". Statistički značajna je razlika u ekvatorskoj brzini rotacije između ove dve klase pega. U tablici 1.d dati su i rezultati za diferencijalnu rotaciju temeljeni na opažanjima Sunca u mikrotalasnom zračenju. Na kartama Sunca u mikrotalasnom delu spektra razlikuju se područja u kojima je temperatura sjaja veća od temperature sjaja mirnog Sunca (radi se o tzv. visokotemperaturnim područjima, VTP) i područja niže temperature sjaja od one kod mirnog Sunca (niskotemperaturna područja, NTP). Niskotemperaturna područja neposredno su povezana s linijama obrata fotosferskog magnetnog polja velikog razmera. TABLICA 1 ad: Neki od rezultata merenja diferencijalne rotacije Sunca prikazani pomoću vrednosti parametara a, b, i c. Vrednosti parametara izražene su u stepenima po danu i odnose se na siderički period Sunčeve rotacije. Naznačene su metode opažanja, period opažanja i izvor podataka. a) DIFERENCIJALNA ROTACIJA FOTOSFERSKE PLAZME SPEKTROSKOPSKA MERENJA
b) DIFERENCIJALNA ROTACIJA IZ OPAŽANJA PEGA
c) DIFERENCIJALNA ROTACIJA KROMOSFERSKIH I KORONINIH USTROJSTAVA
d) VISOKOTEMPERATURNA (VTP) I NISKOTEMPERATURNA (NTP) PODRUČJA
Vremenske promene diferencijalne rotacije Proučavanje promena diferencijalne rotacije tokom vremena upućuju na povezanost profila diferencijalne rotacije s fazom ciklusa Sunčeve aktivnosti. Balthasar, Vazquez i Wöhl (1986) ustanovili su najmanju brzinu rotacije pega između minimuma i maksimuma aktivnosti i približavanje "krutoj rotaciji" oko dve godine pre nastupanja minimuma Sunčeve aktivnosti. Slično je ustanovljeno i za koronine šupljine koje rotiraju gotovo kruto za vreme opadanja aktivnosti, dok je njihova diferencijalna rotacija izrazitija oko maksimuma aktivnosti. Ipak, ta komponenta rotacije poput krutog tela opažana je i tokom maksimuma Sunčeve aktivnosti 1991. godine na temelju satelitskih opažanja (satelit Yohkoh) tamnih kanala u koroni (Tsuneta and Lemen, 1993). Spomenuti tamni kanali u koroni opažani su u mekom X zračenju i najčešće su povezani s polarnim koroninim šupljinama. Opažanjem polarnih baklji ustanovljena je izrazitija diferencijalna rotacija nakon maksimuma aktivnosti, kao i postupno smanjivanje gradijenta diferencijalne rotacije tokom sedećih godina. Vremenske promene brzine rotacije uočene su i praćenjem polarnih filamenata (Japaridze i Gigolashvili, 1992). Premda su ti rezultati ustanovljeni kao statistički značajni, trebalo bi ih potvrditi nezavisnim merenjima iz istog razdoblja i proširiti na druga razdoblja, što je delimično bilo moguće učiniti. U jednom slučaju ustanovljeno je podudaranje rezultata, premda se ne može isključiti da je to slučajno. Praćenjem niskotemperaturnih područja mikrotalasnog zračenja u opsegu heliografskih širina 55o ukazano je na moguće promene rotacije Sunca tokom nekoliko faza Sunčevog ciklusa. Te promene, mogle bi ukazivati na to da Sunce rotira sličnom brzinom tokom uzastopnih maksimuma ciklusa aktivnosti, pri čemu se ona razlikuje od brzine rotacije Sunca izmerene između maksimuma. Različita istraživanja upućuju na mogućnost promena brzine Sunčeve rotacije tokom ciklusa aktivnosti u iznosu od nekoliko postotaka. Te promene mogu biti posledica ustrojstava brzina velikih razmera koja se kratkotrajno pojavljuju na Sunčevoj površini. Spomenuta povezanost diferencijalne rotacije sa Sunčevim ciklusom mogla bi ukazivati na zavisnost mehanizma konvekcije na Suncu o magnetnom ciklusu aktivnosti, iako model u tom smislu još nije napravljen. HELIOGRAFSKE KOORDINATE I SUNČEVA ROTACIJA Definicija heliografskih koordinata Prostorna orijentacija Sunčeva ekvatora i Sunčeve ose rotacije može se odrediti opažanjima prividne rotacije Sunčevih pega i drugih pojava u Sunčevoj atmosferi. Zbog složenosti Sunčeve rotacije možemo reći da je definisani heliografski koordinatni sistem po svojoj prirodi proizvoljan i približno odgovara srednjem periodu rotacije ekvatorijalnih područja na Suncu. Na slici 2.1 prikazana je heliocentrična nebeska sfera. Tačka K je ekliptički pol, dok je P0 severni pol Sunčeve ose rotacije. Na slici je naznačen i položaj prolećne tačke g na ekliptici. Velika kružnica UNV je Sunčev ekvator; točka N je uzlazni čvor Sunčevog ekvatora na ekliptici. Sunčeva rotacija je direktna (suprotna od smera kazaljke na satu) i njen je smer prikazan strelicom. Prostorni položaj ose rotacije, ili Sunčevog ekvatora, određen je s dva parametra: inklinacijom i ugalom između ravni Sunčevog ekvatora i ekliptike, longitudom uzlaznog čvora W luk gN. Prihvaćene vrednosti za ove veličine su: W = 73o40' + 50,25"(t 1850,0) (2.2) gdje je t vreme izraženo u godinama. Početni meridijan za merenje heliografske longitude prikazan je na slici 2.1. velikom kružnicom PoO. Pretpostavka je da točka O na Sunčevom ekvatoru rotira sideričkim periodom od 25,38 dana (25,38d), tzv. Carringtonov period. Referentni položaj točke O odabran je tako da se podudarao s čvorom (N) Sunčeva ekvatora datuma 1854. god. u 12:00 UT, što izraženo u julijanskim datumima iznose JD2398220,0. Položaj tačke O definisan je ugaonom udaljenošću W = NO, koja je, s obzirom na definiciju, dana izrazom:
Heliografske koordinate tačke X na Sunčevoj površini su: heliografska širina (latituda) B = 90o P0X = X'X heliografska dužina (longituda) L = OP0X = OX'
Sl. 2.1 Uz definiciju parametara (L0, B0,
P) koji određuju položaj Sunčeve ose rotacije
i početnog meridijana. Određivanje ugaone brzine Sunčeve rotacije i njene zavisnosti od heliografske širine može se provesti praćenjem vremenskih promena ugaone udaljenosti od središnjeg Sunčevog meridijana (CMD) različitih ustrojstava u Sunčevoj atmosferi. Postupak se temelji na određivanju heliografskih koordinata opažanih ustrojstava sa snimaka ili crteža Sunčeve ploče. LITERATURA Abarbanell, C., Wöhl, H.: 1981, Solar Phys. 70, 197-203 |