Методы определения вращения Солнца

Определить скорость вращения Солнца - это значит узнать на наблюдений, с какой скоростью вращаются различные слои Солнца, детали и образования на его поверхности. Обычно скорость вращения выражается в угловой мере (градус/сутки) и линейной (км/сек). Употребляют понятие периода вращения, приводя количество суток, в течение которого Солнце совершает полный оборот.

Длительные и трудоемкие наблюдения завершались обычно выводом эмпирических формул, описывающих зависимость угловой скорости от гелиографической широты. Наиболее известной и распространенной до сих пор является формула, имеющая вид

ω (φ) = А + В sin² φ, (1)

где φ - гелиографическая широта; А - значение экваториальной скорости вращения Солнца; В - коэффициент, определяющий, как быстро убывает с ростом широты угловая скорость вращения, т. е. он является мерой дифференциальности вращения. Эта формула была впервые получена французским астрономом Фаем и носит его имя. Коэффициенты А и В могут быть различными для разных образований солнечной атмосферы, по которым определяется скорость вращения Солнца. Даже для одних и тех же образований, например, солнечных пятен, значения коэффициентов в формуле Фая будут отличаться, если использованы различные временные ряды наблюдений.

В этой главе авторы не ставят своей целью проследить в хронологическом порядке за развитием исследований вращения Солнца. Хотелось бы посвятить ее в основном следующим вопросам.

1. Краткое описание существующих методов определения скорости вращения Солнца.
2. Солнечное вращение - один из самых важных вопросов гелиофизики, который следует разбить на две части, а именно:
   • а) вращение "среднего" Солнца в сравнении с вращением звезд класса G и со звездами других классов;
   • б) вращение Солнца на различных широтах и глубинах согласно результатам наблюдений, имеющихся в распоряжении исследователей в настоящее время.
3. Почему вращению Солнца придается такой интерес и какое влияние оно оказывает на солнечные явления, на процессы, происходящие в атмосфере Солнца, и основы физических теорий.
4. Как объяснить вращение Солнца? Этот вопрос также нужно разделить на две части:
   • а) каковы теории эволюции углового момента для звезд, в основном, и для Солнца, в частности (учитывая быстровращающиеся ядра)?
   • б) каковы теории дифференциального вращения Солнца в настоящее время?

Существует много способов исследования вращения Солнца. Все они сводятся к двум основным методам его измерения:

1) по смещению со временем различных образований солнечной атмосферы (трассеров), таких, как солнечные пятна, факелы, волокна, крупно- и мелкомасштабные магнитные поля, образования в зеленой и электронной коронах, проявления в радиоизлучении и т. д.;

2) по доплеровским сдвигам отдельных спектральных линий в спектре Солнца в различных точках диска или его края (лимба). Этот метод называется спектральным. Информация, полученная из наблюдения трассеров, может быть проанализирована также двумя различными путями, а именно:

а) вычислением ежедневных смещений отдельных образований на солнечном диске;

б) статистическим анализом серии временных данных.

При использовании первого способа можно получить непосредственно угловую скорость, второго - объяснить основные периоды вращения Солнца для различных широт. Во всех этих методах есть свои достоинства и недостатки. Например, большие трудности возникают при определении скорости вращения по трассерам, так как скорости вращения и вид кривой дифференциального вращения зависят от вида трассера. Предполагается, что они связаны с подповерхностными слоями, которые вращаются с большей скоростью. Таким образом, трассеры не обязательно отражают движение того слоя атмосферы Солнца, которому они принадлежат. К этому следует добавить, что все образования солнечной атмосферы имеют тенденцию менять свою форму и вообще разрушаться со временем, что неизбежно отражается на значении искомой величины.

Спектральный метод, дающий линейную скорость вращения, имеет свои недостатки, в основном методического и технического характера.