Differentiel rotation

Af differentieret rotation ( Super rotation ) anvendes, når vinkelhastigheden på et roterende legeme / system afhængigt af punktets breddegrad eller afstanden fra rotationsaksen er forskellig, så kroppen ikke roterer med samme hastighed overalt. Dette er ikke muligt med faste stoffer .

En differentieret rotation er altid forbundet med en forskydning .

Eksempler

Afspil mediefil

Differentiel gasrotation på Jupiter som observeret af Voyager 1 ( video i fuld størrelse her )

Generel

For eksempel er overfladerne på Solen , Jupiter og Saturn i differentieret rotation. Regionerne tæt på ækvator roterer mærkbart hurtigere end dem i polernes område . Normalt har galakser , tiltrædelsesdiske og protostjerner også en differentiel rotation.

jorden

Den differentielle rotation mellem jordens kerne og jordens kappe antages at være et resultat af strømme gennem geodynamo , som opbygger jordens magnetfelt . Dette betyder, at superrotationen sandsynligvis er en konsekvens, men ikke årsagen, til geodynamoerne.

Vores solsystem

Solsystemet er et eksempel på differentieret rotation : næsten al masse er samlet i det centrale legeme - solen - og planeterne kredser omkring dem i næsten cirkulære baner (generelt i Kepler-baner ). Den Keplers love beskrive bevægelse, jo tættere et organ er at den centrale masse, jo hurtigere (både banehastighed og vinkelhastighed ) bør han bevæger sig, når han ønsker at bevæge sig i en konstant / stabil web. For disse spor får vi:

${\ displaystyle v (r) = {\ sqrt {\ frac {GM} {r}}}}$

${\ displaystyle v}$: Kredshastighed

${\ displaystyle G}$: Gravitationskonstant

${\ displaystyle r}$: større halvakse / radius

${\ displaystyle M}$: Solmasse (planetarisk masse ubetydelig sammenlignet med )${\ displaystyle M}$

med følger: ${\ displaystyle v = \ omega r}$

${\ displaystyle \ omega (r) = {\ frac {v (r)} {r}} = {\ sqrt {\ frac {GM} {r ^ {3}}}}}$

${\ displaystyle \ omega}$: Vinkelhastighed

Så det resulterer:

${\ displaystyle v (r) \ sim {\ frac {1} {\ sqrt {r}}}}$

${\ displaystyle \ omega (r) \ sim {\ frac {1} {\ sqrt {r ^ {3}}}}}$

Rotationen af ​​solen og gasplaneterne

Solens ækvatoriale regioner og gasplaneterne har en kortere rotationsperiode end polerne.

Årsagen er sandsynligvis, at himmellegemerne ikke er stive, og at vinkelmomentet skubbes ind i regionerne med den største radius på grund af termiske processer, fordi alt stof, der bevæger sig hurtigere end gennemsnittet på grund af termiske bevægelser i rotationsretningen, er samtidig højere Centrifugalkræfter skubber udad.

Mælkevejen

Afspil mediefil

Differentiel rotation af en galakse.

I 1927 viste den hollandske astronom Jan Hendrik Oort , at vores galakse, Mælkevejen , er i differentieret rotation: stjernerne nær centrum har en højere vinkelhastighed end dem i de ydre regioner ( rotationskurve , Oort-rotationsformel ).

Konklusioner om massefordeling af en galakse kan drages ud fra kredsløbshastigheder ved hjælp af Newtons tyngdekraft . Det viser sig, at kredsløbshastighederne i en galakse ikke falder udad, hvilket man antager baseret på fordelingen af ​​synligt stof, i nogle galakser stiger de endda let. Forskellene mellem observerede orbitale hastigheder og beregnede værdier førte i sidste ende til den antagelse, at der skal være en anden form for stof udover det synlige, det ikke-observerbare mørke stof .
En anden teori forsøger at forklare denne forskel ved at ændre Newtons bevægelseslov (såkaldt modificeret newtons dynamik ).

litteratur

• Günther Rüdiger : Differentialrotation og stjernekonvektion - sol- og sol-stjerner. Gordon and Breach, New York 1989, ISBN 2-88124-066-6
• Hans C. Zebedin: Nye forsøg på at bestemme differentieret rotation af filamenter. Diss., Univ. Graz 1993