尽管木星和土星是令人难以想象的巨大“气体”球,但是它们会像地球和月亮那样自转,就像坚硬的固体一样。事实上,木星的自转速度是所有行星中最快的。它以前所未有的每天大约10小时一圈的速度自转!为什么我们没有预料到太阳有什么不同,它只是比木星大10倍吗?太阳就像木星和土星一样会自转,只是方式有些不同。
形成
辨别太阳是否在自转是十分困难的,因为从远处看起来它是均匀的。与别的行星不同,太阳就像水在水晶球内转动一样,除非它不是太阳。伽利略是第一个发现太阳在自转的人,并且用他自制的新望远镜观察到太阳“斑点”在移动。众所周知,这些斑点是太阳磁场和等离子体相互作用的结果。这些斑点经常引发太阳耀斑,这是太阳系中威力最大的“爆炸”。
图解:太阳耀斑在日冕(太阳大气层之一)中爆发并传达到到宇宙中。 太阳耀斑(图片来源:美国宇航局戈达德太空飞行中心/维基共享资源)
根据核心吸积模型,大约在46亿年前,新形成的太阳系是尘埃和气体的 “热汤”:富含氢气,在太空随心所欲的旋转。据说这些流浪物质是在超新星中产生的,超新星是恒星的爆炸性死亡。密集的气体云在自身的引力下逐渐收缩。压缩使这团气体云中心周围变得非常的热和紧实。这个中心密集的区域就变成了太阳,而在中心周围的物质被强有力的太阳风推向太空。这些物质最终会聚合,形成行星。
当气体收缩形成太阳时,为了保证角动量不变(是不变的吗?),物质会逐渐旋转得更快。这类似于一名溜冰者,当她向内收住手壁时,她的旋转速度会增加:因为必须保持角动量不变,旋转速度会增加,补偿半径的减小。这就是为什么太阳和全部行星都会自转,却并非所有的行星都以相同的方式自转。
图解:旋转的惯性力矩
差动旋转
如果木星的质量再大一些,它将变成一颗恒星。它强大的引力会迫使其氢原子聚合成氦原子或者进行核聚变。这个过程在氢弹内也得到了体现,非常明显地产生大量的热量和光。这个过程推动着热核反应剧烈的恒星内核。
然而,太阳作为一颗恒星,它的氢气经过核聚变产生大量的光和热。极高的温度不但会产生气体,还会产生等离子体。与木星和土星不同的是,太阳不仅仅只有气体,而是这些气体和粘性沸腾等离子体的混合物。尽管如此,因为三个天体基本上都是液体,它们表现出所谓的差动旋转:天体上的不同的区域在以不同的速度旋转。然而,因为太阳更粘稠,它的不同区域的旋转速度比木星或土星的慢得多。
图解:太阳的自转
如图所示,太阳的赤道比它的两极点旋转得更快。平均而言,太阳需要27天才能在其轴上旋转一次。推测差动旋转是由温度差异引起的。由内核产生的热量向外传送并扰乱上方物质的运动。热量的涌动刺激了一种向外扩散的,以波动形式存在的角动量的重新分布。到目前为止,据说一些动量会消失在恒星风中。
太阳磁场
图解:计算机模拟太阳的难以置信的复杂磁场。(图片来源:NH2501 / Wikimedia Commons)
同样的现象被推测为是太阳为极其复杂和反复无常的磁场提供了燃料,这种磁场时不时地出于某种未知的原因而反转它的极性! 但是,这一切都只是猜测; 尚未发现恒星差动旋转的确切原因。
参考资料
1.Wikipedia百科全书
2.天文学名词
3. sciabc-落花时节又逢君- Moist Green
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