Вертится ли солнце. Годичный ритм вариации скорости вращения Земли. Вращается ли Солнце вокруг своей оси

вокруг своей оси сложно отследить. Это из-за того, что день на Солнце зависит от того, о какой части Солнца вы говорите. Запутались? Это и астрономов озадачивает в течение нескольких лет. Давайте взглянем на то, как меняется вращение Солнца вокруг своей оси.

Пятну на экваторе Солнца требуется 24.47 дня для того, чтобы завершить оборот вокруг оси Солнца и возвратиться в то же самое положение. Астрономы называют это сидерическим периодом обращения, что отличается от синодического периода обращения — количества времени, которое требуется для того, чтобы пятно на Солнце повернулось обратно к Земле

Но скорость вращения Солнца вокруг своей оси уменьшается, когда вы приближаетесь к полюсам, поэтому ему на самом деле требуется 38 дней для того, чтобы регионы вокруг полюсов совершили один оборот вокруг оси Солнца.

Вращение Солнца вокруг своей оси видно при наблюдении солнечных пятен

Все солнечные пятна движутся по поверхности Солнца. Это движение является частью повсеместного вращения Солнца вокруг своей оси. Наблюдения также указывают на то, что Солнце не вращается как твердое тело, но оно вращается дифференцировано. Что означает, что оно оборачивается вокруг своей оси быстрее на экваторе и медленнее на полюсах. Газовые гиганты Юпитер

также имеют дифференцированное вращение.

И поэтому астрономы решили измерить скорость вращения Солнца вокруг оси с произвольной позиции 26° от экватора; приблизительно в точке, где мы видим большинство солнечных пятен. В этой точке ему требуется 25.38 дня, чтобы выполнить оборот вокруг оси и вернуться в то же самое место в пространстве.

Астрономы также знали, что внутренняя часть Солнца

вращалась отлично от поверхности. Внутренние регионы, ядро и «лучистая» зона, вращались вокруг оси вместе, как твердое тело. А затем внешние слои, конвективная зона и фотосфера, вращались вокруг оси с другой скоростью.

Солнце и вся Солнечная Система движется по орбите вокруг центра галактики Млечный Путь

Средняя скорость Солнечной Системы 828,000 км/ч. На такой скорости ему потребуется около 230 миллионов лет, чтобы завершить один полный оборот вокруг галактики. Млечный Путь — это спиральная галактика. Полагают, что он состоит из центрального балджа

(галактического центра), 4 основных рукава и несколько более коротких сегмента рукавов. Солнце и остальная часть нашей Солнечной Системы расположена около рукава Ориона, между двумя основными рукавами, Персей (Perseus) и Стрелец (Sagittarius). Диаметр Млечного Пути около 100,000 световых лет, и Солнце расположено в 28,000 световых лет от Галактического Центра. Сравнительно недавно предположили, что Млечный Путь на самом деле спиральная галактика с перемычкой. Что означает, что вместо балджа (пузыря, выпуклости) из газа и звезд в центре, вероятно, есть перемычка из звезд, пересекающая центральный балдж.

Поэтому, когда кто-то спрашивает вас, каков оборот Солнца вокруг своей оси, спросите их, какой части Солнца.

Люди с давних времен интересовались, почему ночь сменяется днем, зима весной, а лето осенью. Позже, когда на первые вопросы были найдены ответы, ученые начали поподробнее рассматривать Землю как объект , стараясь узнать, с какой скоростью Земля вращается вокруг Солнца и вокруг своей оси.

Движение Земли

Все небесные тела пребывают в движении, Земля не исключение. Причем у нее одновременно происходит осевое движение и движение вокруг Солнца.

Чтобы наглядно представить движение Земли , достаточно взглянуть на волчок, одновременно вращающийся вокруг оси и быстро перемещающийся по полу. Если бы этого движения не было, Земля не была бы пригодной для жизни. Так, наша планета без вращения вокруг своей оси была бы постоянно повернута к Солнцу одной своей стороной, на которой температура воздуха достигала бы +100 градусов, и вся имеющаяся на этом участке вода превратилась бы в пар. На другой же стороне температура была бы постоянно минусовая и всю поверхность этой части покрывали льды.

Орбита вращения

Вращение вокруг Солнца следует по определенной траектории – орбите, которая установилась за счет притяжения Солнца и скорости движения нашей планеты. Если бы притяжение было в несколько раз сильнее или скорость значительно ниже, то Земля упала на Солнце. А если бы притяжение исчезло или сильно уменьшилось, то планета, ведомая своей центробежной силой, улетела по касательной в космос. Это было бы подобно тому, как если предмет, привязанный на веревку, вращать над головой, а затем резко отпустить.

Траектория движения Земли имеет форму эллипса, а не идеального круга, а расстояние до светила неодинаково в течение года. В январе планета подходит к точке, находящейся ближе всего к светилу, – она называется перигелием – и отстоит от светила на 147 млн км. А в июле Земля отдаляется от солнца на 152 млн км, подходя к точке, называемой афелием. За среднее расстояние принимают 150 млн км.

Земля движется по своей орбите с запада на восток, что соответствует направлению «против часовой стрелки».

На 1 оборот вокруг центра Солнечной системы Земле требуется 365 суток 5 часов 48 минут 46 секунд (1 астрономический год). Но для удобства за календарный год принято считать 365 дней, а оставшееся время «накапливается» и добавляет по одному дню к каждому високосному году.

Орбитальное расстояние равно 942 млн км. Исходя из расчетов, скорость Земли составляет 30 км в секунду или 107000 км/час. Для людей она остается незаметной, поскольку все люди и предметы движутся одинаково в системе координат. А между тем она очень большая. Для примера, наибольшая скорость гоночного автомобиля равна 300 км/час, что в 365 раз медленнее скорости Земли, несущейся по своей орбите.

Однако величина в 30 км/с непостоянна в связи с тем, что орбита представляет собой эллипс. Скорость движения нашей планеты в течение всего пути несколько колеблется. Наибольшая разница достигается при прохождении точек перигелия и афелия и составляет 1 км/с. То есть принятая скорость 30 км/с является средней.

Осевое вращение

Земная ось – условная линия, которую можно провести от северного к южному полюсу. Она проходит под углом в 66°33 относительно плоскости нашей планеты. Одно обращение происходит за 23 часа 56 минут и 4 секунды, это время обозначается звездными сутками.

Главный результат осевого вращения – смена дня и ночи на планете. Кроме того, за счет этого движения:

• Земля имеет форму со сплюснутыми полюсами;
• тела (течение рек, ветер), движущиеся в горизонтальной плоскости, несколько смещаются (в Южном полушарии – влево, в Северном – вправо).

Скорость осевого движения на разных участках значительно отличается. Самая высокая на экваторе – 465 м/с или 1674 км/час, она называется линейной. Такая скорость, например, в столице Эквадора. На участках севернее или южнее экватора скорость вращения снижается. К примеру, в Москве она почти в 2 раза ниже. Эти скорости называют угловыми , их показатель становится меньше по мере приближения к полюсам. На самих же полюсах скорость равна нулю, то есть полюса – единственные части планеты, находящиеся без движения относительно оси.

Именно расположение оси под определенным углом определяет смену времен года. Находясь именно в таком положении, разные области планеты получают неодинаковое количество тепла в разное время. Если бы наша планета располагалась строго вертикально относительно Солнца, то времен года не было совсем, поскольку освещенные светилом в дневное время северные широты получали столько же тепла и света, сколько и южные широты.

На осевое вращение влияют следующие факторы:

• сезонные изменения (осадки, движение атмосферы);
• приливные волны против направления осевого движения.

Эти факторы тормозят планету, вследствие чего уменьшается ее скорость. Показатель этого уменьшения очень мал всего 1 секунда за 40000 лет, однако, за 1 млрд лет сутки удлинились с 17-и до 24-х часов.

Движение Земли продолжают изучать по сей день . Эти данные помогают составить более точные звездные карты, а также определить связь этого движения с природными процессами на нашей планете.

Одним из увлекательных вопросов, неизменно интересующих исследователей Вселенной и конкретно нашей галактики остается вращение Солнца вокруг Солнца. Долго, на этапе ранних наблюдений, в силу несовершенства приборов и накопленных знаний, на него не было ответа. Впрочем, еще Галилей, вооруженный несложным телескопом, в 1610 году воспринял передвижение пятен по солнечному диску как свидетельство осевого вращения звезды. Это помогло ему найти ее экватор, оценить положение оси и период обращения Солнца вокруг Солнца. Что удалось выяснить ученым 20-го и 21-го веков, вооруженным богатыми знаниями, тонким и точным оборудованием? В результате постоянных наблюдений с Земли и космического пространства, тщательной математической проработки полученных сведений стало ясно, что Солнце вращается постоянно в нескольких плоскостях. В целом, по результатам этой работы получается достаточно сложная многомерная траектория.

Как звезда вертится?

• Она обращается вокруг оси. На траекторию этого вращения оказывают влияние разнообразные факторы, воздействующие на скорость Солнца вокруг Солнца изнутри светила и извне его.
• Вращение планет, составляющих систему вокруг этой звезды, тоже влияет на ее траекторию. Каким бы ни было светило огромным и тяжелым, притяжение планет смещает, наклоняет, оттягивает ось, вокруг которой происходит движение Солнца вокруг Солнца. Траектория, при этом выписываемая ею в пространстве, называют радиусом центровой балансировки. Необычный, исходя из влияния существующих планет, наклон Солнечной оси чаще всего объясняют именно притяжением еще неоткрытой девятой планеты. Реальное положение оси подсказывает, что это должна быть массивная планета с огромной орбитой, превышающей в 20 раз орбиту Нептуна. Влияние, которое предположительно оказывает это гипотетическое небесное тело на вращение Солнца вокруг своей оси, показывает, что его орбита должна быть наклонена по отношению к плоскости, вмещающей орбиты других, уже известных планет системы. То есть лишние 6 градусов в наклоне оси центральной звезды дают возможность предполагать 30-градусный наклон орбиты предсказанной планеты по отношению к другим орбитам.
• Кроме того, светило вертится вокруг галактического ядра. Вместе с планетами своей системы оно обращается вокруг черной дыры, являющейся центром Млечного пути, на окраине которого, в одном из ее закрученных рукавов расположилась Солнечная система. Все ее планеты мчатся по Вселенной со скоростью превышающей миллион километров в час. Это тоже не может не сказываться на том, как именно вращается Солнце вокруг своей оси.
• На движение оказывает влияние пульсация, ритмичное увеличение – уменьшение его размеров.

Как проводятся исследования вращения светила?

Способом, известным со времен Галилея. Ученым, чтобы разобраться Солнце вращается ли вокруг своей оси или его состояние неизменно и неподвижно, потребовались длительные наблюдения за солнечными пятнами. Они достаточно долго пребывают в относительно стабильном состоянии. То есть их форма и размеры, за время обращения вокруг светила не слишком изменяются, остаются узнаваемыми. Их непрекращающиеся перемещения объясняются постоянным вращением звезды.

Наблюдения в основном ведутся в непосредственной близости к экватору. Именно здесь находятся наиболее крупные скопления Солнечных пятен. Замеряется скорость их полного оборота до возвращения на место, с которого начато наблюдение. Так определяется скорость вращения Солнца вокруг Солнца. Кроме того, для ее определения пользуются эффектом Доплера. При этом замечают сдвиги спектральных линий в спектре, фиксируемом на краях Солнечного диска. Именно этому методу наука обязана знанием, что период вращения Солнца вокруг Солнца заметно отличается в разных широтах.

Звезда, в основном состоящая из водорода с гелием, не имеет единой плотности, присущей твердым телам. Поэтому в отличие от твердых планет, к примеру, таких как Земля, не имеет единой планетарной скорости обращения. В экваториальной зоне составляющие звезду газы вращаются относительно быстро. На полный оборот уходит примерно 25 (24,74) земных суток. У полюсов скорость движения вещества замедляется и составляет около 35 суток. В разных точках между ними скорость составляет 26-28 дней.

Предполагается, что Солнечное ядро оборачивается вокруг оси еще быстрее. Его скорость выше, чем у наружных слоев в четыре раза. Согласно этой схемы, скорость вращения задает именно быстро крутящееся ядро. Чуть медленнее обращаются примыкающие к нему внутренние зоны, лучистого переноса и конвективная. Еще медленнее движутся слои Солнечной атмосферы, состоящей из излучающей свет, выглядящей как сияющая поверхность звезды фотосферы, придающей светилу красноватый оттенок хромосферы и выбрасывающей протуберанцы короны.

Почему оно вертится?

Предполагается, что вращение Солнца было задано еще при его «рождении». Тогда оно с его планетарной системой формировались в крутящемся, завихренном облаке межзвездных газов с пылью. Направление вращения центральной звезды нашей системы такое же, как и у Земли.

Современные и будущие исследования согревающей Землю звезды и особенностей ее вращения непременно помогут ученым разгадать немало космических загадок, которыми так богата Вселенная.

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.

Луна вращается вокруг Земли. Земля вращается вокруг Солнца. Закономерный вопрос: а Солнце тоже вокруг чего-нибудь вращается?

Ответ на этот вопрос астрономы получили только в 20 веке, и ответ этот - ДА.

Наше Солнце входит в состав огромной звездной системы, которая называется Галактикой (еще ее называют Млечный Путь). Наша Галактика имеет форму диска, похожего на две сложенные краями тарелки. В центре его находится округлое ядро Галактики.

Если посмотреть на нашу Галактику сверху, то она выглядит, как спираль, в которой звездное вещество сосредоточено, в основном, в ее ветвях, называемых галактическими рукавами. Рукава находятся в плоскости диска Галактики.

Наша Галактика содержит более 100 миллиардов звезд. Диаметр диска Галактики - около 30 тысяч парсек (100 000 световых лет) , а толщина - около 1000 световых лет.

Звезды внутри диска движутся по круговым траекториям вокруг центра Галактики, подобно тому, как планеты в Солнечной системе обращаются вокруг Солнца. Вращение Галактики происходит по часовой стрелке, если смотреть на Галактику со стороны ее северного полюса (находящегося в созвездии Волосы Вероники). Скорость вращения диска не одинакова на различных расстояниях от центра: она убывает по мере удаления от него.

Чем ближе к центру Галактики - тем выше плотность звезд. Если бы мы жили на планете около звезды, находящейся вблизи ядра Галактики, то на небе были бы видны десятки звезд, по яркости сопоставимых с Луной.

Однако Солнце находится очень далеко от центра Галактики, можно сказать - на ее окраине, на расстоянии около 26 тыс. световых лет (8,5 тысяч парсек), вблизи плоскости галактики. Оно расположено в рукаве Ориона, соединенном с двумя более крупными рукавами - внутренним рукавом Стрельца и внешним Рукавом Персея.

Солнце движется со скоростью около 220-250 километров в секунду вокруг центра Галактики и делает полный оборот вокруг ее центра, по разным оценкам, за 220-250 миллионов лет. За время своего существования Период обращения Солнца вместе с окрестными звездами около центра нашей звездной системы называют галактическим годом. Но нужно понимать, что общего периода для Галактики нет, так как она вращается не как твердое тело. Солнце за время своего существования облетело Галактику примерно 30 раз.

Обращение Солнца вокруг центра Галактики носит колебательный характер: каждые 33 миллиона лет оно пересекает галактический экватор, затем поднимается над его плоскостью на высоту в 230 световых лет и снова опускается вниз, к экватору.

Интересно, что Солнце делает полный оборот вокруг центра Галактики в точности за то же время, что и спиральные рукава. В результате Солнце не пересекает области активного звездообразования, в которых часто вспыхивают сверхновые - источники губительного для жизни излучения. То есть оно находится в секторе Галактики, максимально благоприятном для зарождения и поддержания жизни.

Кстати...

Наиболее пытливые почемучки, наверно, не остановятся и на этом и спросят: "А наша Галактика тоже вращается вокруг какого-нибудь центра?"

И снова ответ - да.

Млечный Путь входит в группу галактик, связанных между собой гравитационными силами, которую называют Местной группой. Кроме Млечного пути, в нее входят галактика Андромеды и галактика Треугольника, а также около 50 более мелких галактик. Поперечник Местной группы - 1 миллион парсек (мегапарсек), или 3 млн. световых лет.

Местная группа галактик, в свою очередь, является частью еще более крупного скопления - Местного сверхскопления Девы. Его размер - 200 миллионов световых лет, а его центр находится на расстоянии 50 млн. световых лет от нас. Сверхскопление вращается вокруг оси, перпендикулярной его диску, и напоминает в этом смысле обычную галактику. Скорость движения Местной группы вокруг центра сверхгалактики - около 400 километров в секунду.

В конце 20 века астрономы выяснили, что Местное сверхскопление несется со скоростью 500-700 километров в секунду в сторону огромнейшего скопления галактик, обладающего мощной гравитационной силой (силой притяжения), который назвали Великим Аттрактором (англ. Great Attractor, от "attract" - "привлекать, притягивать, пленять"). Он находится на расстоянии примерно 65 миллионов парсек или 250 млн. световых лет, в созвездии Наугольника.

Местное сверхскопление, в свою очередь, - лишь одно из множества сверхскоплений галактик во Вселенной. Соседнее с нашим сверхскопление находится в созвездии Геркулеса на расстоянии 700 миллионов световых лет, причём на протяжении примерно 300 миллионов световых лет по пути к нему - полная пустота, нет ни галактик, ни звезд. Таким образом, вещество во Вселенной распределено не равномерно и не хаотически, а в виде ячеек, в гранях которых сосредоточено вещество, а внутри ячеек - гигантские абсолютно пустые пространства-"пузыри". Галактики и их скопления расположены в порядке, напоминающем пчелиные соты невообразимых размеров. Чем ближе к стыкам таких ячеек, тем сильнее сконцентрировано вещество. Чем обусловлена такая симметричная, упорядоченная структура? На этот вопрос сегодня нет ответа.