太陽自轉之謎
太陽像其他天體一樣,最早發現太陽自轉的人是義大利科學家也在不停地燒軸自轉, 這在400年前是無人知道的。他在觀測和記錄黑子時,發現黑子的位置有變化,終於得出太陽在自轉的結論。他給出的太陽自轉周期為一個月不到,那是17世紀初的事。太陽是個大氣體球,它不可能像我們地球那樣整個球一塊兒自轉,這是不難理解的。
早在1853年,英國天文愛好者,年僅27歲的卡林頓開始對太陽黑子做系統的觀測。他想知道黑子在太陽面上是怎祥移動的,以及長期來都說太陽有自轉但這自轉周期究竟有多長。幾年的觀測使他發現,由於黑子在日面上的緯度不同,得出來的太陽自轉周期也不盡相同。換句話說,太陽並不像固體那樣自轉,自轉周期並不到處都樣,而是隨著日面緯度的不同,自轉周期有變化。這就是所謂的「較差自轉」。
太陽自轉方向與地球自轉方向相同。太陽東道部分的自轉速度最快,自轉周期最短,約25日,緯度40處約27日,緯度75處約33日。日面緯度17處的太陽自轉周期是25.38日,稱做太陽自轉的恆屋周期,一般就以它作為太陽自轉的平均周期。以上提到的周期長短,都是就太陽自身來說的。可是我們是在自轉著和公轉著的地球上觀測黑子,相對於地球來說,所看到的太陽自轉周期就不是25.38日,而是27.275 日。這就是太陽自轉的會合周期。
如果我們連續許多天觀測同一群太陽黑子,就會很容易地發現它每天都在太陽面上移動一點,位置一天比天更偏西, 轉到了西面邊緣之後就隱沒不見了。如果這群黑子的壽命相當長,那麼,經過10多天之後,它就會「按期」從日面東邊緣出現。除了由黑子位置變化來確定太陽自轉周期之外,用光譜方法也可以。太陽臺轉時,它的東邊緣老是朝著我們來,距離在不斷減小,光波被長稍有戰小,反映在它光譜裡的是光諾譜線都向紫光的方向移動,即所謂的「紫移」↓西邊緣在離我們而去,這部分太陽光譜線「紅移」。思子 很少出現在太陽赤道附近和日而緯度40*以上的地方,更不要說更高的緯度了,光諧法就成為科學家測定太陽自轉的良好助手。
光譜法得出的太陽白轉周期是:赤道部分約26日,極區約37日,這比從黑子位置移動得出來的太自轉周期要長一些,長約5%。為什麼呢?種解釋是:黑子有磁場,並通過磁力線與內部聯結在起,內部自轉得比表面快些,黑子周期就短此,而光譜得到的結果只代表太陽表面的情況。這類問題的研究可以說現在只是才開頭,其中的奧妙和真相還都說不清楚。
早在20世紀初,就有人發現太陽自轉速度是有變化的,南且常有變化。1901 -1902年觀測到的太陽自轉周期,與1903年得出的不完全一樣。不久,有人更進步發現,即使是在短短的幾天之內,太陽自轉速度的變化可以達到0.15千米秒,這兒乎是太陽白轉平均速度的四千分之一↓那是相當驚人的。1970年,兩位科學家在大量觀測實踐的基礎上,得出了一個幾乎有點使人不知所措的結論。通過精確的觀洲,他們發現太陽自轉速度每天都在變化,這種變化既不是越轉越快,周期越來越短,也不是越轉越慢,周期越來越長,尚似乎是在個可能達到的極大速度與另一 個可能達到的極小速度之間,來回變動著。
太陽自轉速度為什麼隨時間而變化?有什麼規律?這意味著什麼?現在都還說不清楚,只能說是些有將研究和解決的速。空間技術的發展使得科學家們有可能著手觀洲和研究太陽外層大氣的自轉情況,主要是色球和日冕的自轉情況。在日冕低緯度地區,色球和日冕的自轉速度,和我們肉眼看到的太陽表面層一光球, 基本一致。在高緯度地區,色球和日冕的自轉速度明顯加快,大於在它們下面的光球的自轉速度。換句話說,太陽自轉速度從赤道部分的快,變到兩極區域的慢,這種情況在光球和大氣低層比較明顯,而在中層和上層變化不大,不那麼明顯。這種捉摸不透的現象,自然是科學家們非常感興趣、有待深人的課題。樹有根,水有源。認為產生太陽自轉的各種現象的根源在其內部,即在光球以下,我們肉眼不能直接看到的太陽深處,這是有道理的。
日震可以為我們提供太陽內部的部分情況,這是一方面。更多的是進行推測,當然,這種推測並非毫無根據,而是有足夠的可信程度。譬如根據太陽所含的鋰、鈹等化學元素的多少來進行分析和推測;從赫羅圖上太陽應古的位置來看,太陽是顆主序星,根據所有主序星的平均自轉速度進行統計,來考慮和推測。其結果怎麼樣呢?不僅難以得到比較一致的意見, 甚至還針鋒相對:有的學者認為太陽內部的自轉速度要比表面快,快得多;另一些學 者則認為表面自轉速度比內部快。
一些人認為太陽自轉速度瑞車度而變化,我們在太陽表面上測得的速度,很可能還豔續向內部延伸一段距離,臂如說大載相當於太陽半徑的1/3,即約21萬下米。只是到了比這更深的地方,太陽自轉速度才墾著加快。包括地球在內,許多天體井非正國球體,而是扁韓圓球體,其赤道直徑比問極的直徑長此。用來表示天體商平程度的「扁率」,與該天體的自轉有關。
地球的赤道直徑約12756.3千米,極直徑約12713.5千米,兩者相差42.8千米,自率為0.0034,即約1/300人大行星中自轉得最快的兩顆行屋是木星和土星,它們的自率分別是0.0637和0.102,用望遠鏡進行觀測時,一眼就可以看出它們都顯得那麼刷。太陽是個自轉著的氣體球,它應該有一定的扁率,20世紀60年代,美國科學家迪克正是從這樣的角度提出了問題。
根據迪克的理論。如果太陽內部自轉速度相當快,其扇率有可能達到4.1000000太陽直徑約139.2萬千米,如此的肩豐意味著太陽的赤道直徑應該比極直徑大60多千米,對於太陽來說,這實在是微乎其徽。可是,要想測出直徑上的這種差異,異乎尋常地困難,高靈地度的測量儀器也來必能達到所需委的精度。為此,迪克等人作了超乎尋常的努力。進行了無與倫比的超精密測量,經過幾年的努力,他得出的太陽扇率為(4.51 +0.34) 00000即在4. 85100000到170000之間,剛好是他所期望的數值。
1967年,迪克等人宣布自己的測量結果時,所引起的轟動是可想面知的。一些人讚嘆迪克等人理論的正確和觀測的精密,似呼更多的人持懷疑態度,他們有根有據地對迪克等人的觀測精度表示相反音見,認為這是不可能的。共有經驗的科學家重新做了論證 太陽扁率的實驗,配備了口徑更大,更精密的儀器,採用了更嚴密的方法,選擇了更有利的觀測環境,所得到的結果是太陽尚率小於01000隻及迪克所說的1/5左右。
結論是:太陽內部並不像迪克等人所想像的那樣快速自轉。退一步說,即使太陽赤道部分路為隆起而存在一定扁率的話,扁率的大小也是現在的儀器設備所無法探測到的。企圖在近期內從發現太陽的扁率,來論證太陽內核的快速自轉,可能性不是很大。它將作為一個課題,長時間地反映在科學家們的工作中。不管最後結論太陽是否真是扁球狀的,或者太陽確實無扁率可言,都將為科學家們建立太陽模型,特別是內部結構模型,提供非常重要的信息和依據。至於為什麼太陽自轉得那麼慢?為什麼太陽各層的自轉速度各不相同?一些自轉速度變化的規律又怎麼樣?等等,都還是未知數。