Diskussion:Differentielle Rotation
Ursache
[Quelltext bearbeiten]Was ist die Ursache für differentielle Rotation? --Pclex 11:57, 21. Jul 2005 (CEST)
- Siehe unter Hydrodynamik. --172.180.227.168 08:04, 20. Dez. 2006 (CET)
- Was ist mit Uranus und Neptun? Weisen sie keine Differentielle Rotation auf? Oblivion1987 12:44, 8. Jun. 2007 (CEST)
Fliehkräfte als Erklärung fragwürdig
[Quelltext bearbeiten]Also das mit den Fliehkräften als Erklärung für die differentielle Rotation glaube ich nicht: Wenn das Teilchen in die entgegen der Rotation gerichteten Richtung thermisch sich bewegt, erfährt es eine geringere Fliehkraft und fällt eher nach innen! Auch die z-Komponenten gleichen sich durch Vorzeichenwechsel aus. Das Problem ist isotrop und höhere Temperaturen sorgen nicht für größere Fliehkräfte. --134.76.54.136 15:54, 10. Feb. 2012 (CET)
- Die Fliehkraft hängt quadratisch von der Geschwindigkeit ab und bei symmetrischer Verteilung um das arithmetische Mittel ist das quadratische Mittel (RMS) größer. Die Erklärung ist also nicht unplausibel. Belegt werden sollte sie trotzdem. – Rainald62 (Diskussion) 12:30, 28. Dez. 2012 (CET)
differentielle Rotation in Galaxien?
[Quelltext bearbeiten]Von den Quellen nicht gedeckt ist der Gebrauch der Bezeichung „differentielle Rotation“ für die Rotationskurven von Galaxien und für das dritte Keplersche Gesetz im Sonnensystem. Ich bezweifele das und werde es löschen, falls Belege ausbleiben. – Rainald62 (Diskussion) 12:30, 28. Dez. 2012 (CET)
Die Eigenrotation der Sonne und der Gasplaneten - neue Erklärung in Diskussionsbeitrag verschoben
[Quelltext bearbeiten]Solange ein Text mit einer Metaanmerkung wie Diese These ist nicht schlüssig beginnt, erklärt er sich selber zum Diskussionsbeitrag. Wenn der Autor diese alternative Erklärung erklärend (d.h. ohne Meta-Anmerkungen, möglichst knapp und klar und wenigstens i.w. nach WP-Richtlinien) im Lexikon-Stil verfasst, dann ist er ein wertvoller WP-Beitrag. Bis dorthin habe ich den Text einmal hierher verschoben.
Trotz dieser formal-kritischen Anmerkungen Dank an den Autor, der's auf sich genommen hat, das alles zu erklären! - ich hoffe, draus wird ein schlüssiger und wertvoller WP-Artikel-Beitrag. Andererseits lässt mich der Textteil "(Diagramm 1 und 2)" vermuten, dass es sich hier um eine Kopie eines Textes handelt - und dann ist dieser Text aus Copyright-Gründen kritisch zu betrachten. --Haraldmmueller (Diskussion) 19:31, 31. Jan. 2015 (CET)
Diese These ist nicht schlüssig, weil die Sonnenmaterie, die aus tieferen Schichten aufsteigt, einen geringeren Drehimpuls mitnimmt und nach der Abkühlung wieder zurücksinkt. Beim Absinken nimmt die Materie die Oberflächengeschwindigkeit mit erhöhtem Drehimpuls wieder mit in die Tiefe. Das Ganze ist ein Nullsummenvorgang. Fliehkräfte spielen, wenn überhaupt, eine marginale Rolle. Eine Abplattung der Sonne infolge von Fliehkräften konnte nicht festgestellt werden.
Differenzielle Rotation
Die Ursachenklärung ist um Einiges komplizierter: Die sichtbare Sonnenoberfläche ist übersät mit über 2 Millionen Konvektionszellen, den Granulen. Dabei handelt es sich im meteorologischen Sinne um Tiefdruckgebiete. Die Lebensdauer so einer Zelle beträgt im Schnitt nur 8 Minuten. Tiefdruckgebiete auf der Nordhalbkugel, gleich ob auf der Erde oder auf der Sonne, entstehen durch Thermik, also aufsteigende, erwärmte Gase. Die Drehrichtung nach links, mit der die Gase um das Zentrum kreisen, wird durch die Corioliskraft, oder besser gesagt, Coriolisablenkung bestimmt. Die eigentliche Antriebsenergie eines solchen Tiefdruckwirbels ist aber die thermische Energiezufuhr, also der Temperaturunterschied warmer, aufsteigender, und fallender kühlerer Gase. Man sieht in den Zentren der Konvektionszellen heiße und dadurch leichtere Materie aufsteigen, zu den Rändern strömen, und dort wieder absinken. Die Reibung in den obersten Grenzschichten zu den Nachbarzellen spielt wegen der geringen Dichte (0,04 g/cm3) und des geringen Drucks (ca. 0,2 bar), so gut wie keine Rolle. Ganz anders sieht das am Grund der Zelle aus. In einer Tiefe von 60 000 km herrscht heftige Wirbelbildung und ein Druck von mehreren zehntausend bar. Reibungskräfte zu den Nachbarzellen sind hier von entscheidender Bedeutung *1). Betrachten wir dazu eine Granule in den nördlichen mittleren Breiten, und die Vorgänge am Grund dieser Zelle: Dort strömt die Materie zum Zentrum in die Aufstiegsregion. Die Strömung vom nördlichen Rand der Zelle, in Richtung Zentrum, erfährt wegen der Corioliskraft, eine Ablenkung nach Westen. Die von Süden kommende Materie wird nach Osten abgelenkt. Diese Ablenkungen bewirken eine Linksrotation, ganz ähnlich den Tiefdruckgebieten auf der Erdoberfläche*2). Die nördliche Nachbarzelle wirkt über Reibung und Turbulenzen der Linksdrehung entgegen, denn bei gleicher Drehrichtung sind die Strömungen tangential entgegengesetzt. Sie verursacht damit eine Verdriftung des Zentrums nach Osten. Die von Süden dem Zentrum zuströmende Materie, die durch die südliche Nachbarzelle eine leichte Westkomponente erhalten hat, würde eine Verdriftung des Zentrums nach Westen bewirken. Beide Verdriftungen heben sich nicht gegenseitig auf, denn sie sind ungleich stark. Die Corioliskraft nimmt vom Äquator zu den Polen nach einer Sinuskurve zu. D.h. die jeweils nördliche Nachbarzelle *3) rotiert schneller und hat eine größere Tangentialgeschwindigkeit, als die südliche. Darum überwiegt in Summe eine Ostverdriftung. Und weil die Sonne von Westen nach Osten rotiert, erhöht sich die Geschwindigkeit um die Driftgeschwindigkeit. Es kommt zusätzlich, vom Pol zum Äquator, zu einer Aufaddierung der Verdriftungen, und damit gleichermaßen zu einer zusätzlichen Winkelgeschwindigkeitssteigerung, die abhängig von der Nähe des Breitengrades zum Äquator ansteigt. Auf der Südhalbkugel laufen die Vorgänge spiegelsymmetrisch ab *4). Es ist nicht anzunehmen, dass sich die Konvektionszellen über eine so große Tiefe streng nach dem dargestellten Muster verhalten, sondern auf dem Weg zur Oberfläche miteinander verwirbeln, sich teilen oder vereinigen. Auch stehen die Granulen nicht in Reih und Glied, sondern wild durcheinander *5). Dennoch ändert das nichts am grundsätzlichen Schema. Wie die folgenden Zahlen zeigen, ist für die differentielle Rotation, eine erstaunlich kleine Geschwindigkeitsdifferenz zwischen den Zellen erforderlich. Ein Indiz für die Corioliskraft in Verbindung mit den o.g. Störkräften, als Ursache für die differentielle Rotation, ist der sinusförmige Verlauf der Winkelgeschwindigkeiten zwischen den Polen und Äquator *6). Wenn man diese Kurve differenziert, also die Flankensteilheit als Ordinate über den Breitengraden darstellt, zeigen sich die größten Steigerungen in den mittleren Breiten, wie unter Einfluss der Corioliskraft nicht anders zu erwarten *7). (Diagramm 1 und 2) *8)
Der Durchmesser einer Durchschnittsgranule beträgt 1000 km. Die Bogenlänge von Pol zum Äquator ist 1,09*106 km, auf der 1090 Granulen Platz finden. Mit diesen Zahlen, und den ermittelten Geschwindigkeitsdifferenzen lässt sich errechnen, wie groß die Verdriftung zwischen zwei Granulen z.B. in den mittleren Breiten ist. Auf 10 Breitengrade entfallen rechnerisch 1090/9 = 121 Zellen und eine Geschwindigkeits- Differenz von 0,28 km/sec geteilt durch 121, also 2,3 m/sec. Der fünfundvierzigste Breitengrad hat einen Radius von 4,92*105 km. Auf diesem bewegt sich eine Granule mit der Umfangsgeschwindigkeit von 1,2 km/sec. Aber zwischen den nördlich oder südlich benachbarten Granulen herrscht also eine Relativgeschwindigkeit von nur 2,3 m/s! Das ist Fußgängergeschwindigkeit und im Verhältnis zum Durchmesser einer Granule erstaunlich wenig. Jedoch bei der Vielzahl der Granulen auf dem Meridian und über 28 Tage, also einer Umdrehung, bedeutet das zwischen dem 40. und 50. Breitengrad einen Versatz von 680 000 km. Das ist ungefähr 1,8-fache Erde – Mondentfernung. Leider ist es unmöglich etwas über die Rotation des Sonnenkörpers unter der Konvektionszone zu sagen. Wenn dieser sich wie eine Kugel mit einheitlicher Rotation verhalten sollte, ist zu vermuten, dass die Übergangsschicht zur Konvektionsschicht mehrere zehntausend Kilometer dick ist, anders wären so hohe Differenzgeschwindigkeiten kaum zu erklären. Möglicherweise setzt sich die differenzielle Rotation bis in größere Tiefe fort, weil dort ähnliche Vorgänge, wie in der Konvektionsschicht ablaufen. Die differentielle Rotation ist keine für sich isoliert dastehende Erscheinung, sondern der entscheidende Faktor für den 11-Jahreszyklus der Sonnenflecken mit Polumkehr des Sonnenkörpers, also indirekt auch für Flares und Protuberanzen, für das Weltraumwetter, die Intensität der Nord- und Südlichter, den Funkübertragungs- Bedingungen, sowie für viele andere Einflüsse, bis hin zum Wetter auf der Erde.
Fußnoten:
- 1) Ähnlich, wie bei einem gezogenen Wannenstöpsel setzt sich der Wirbel nicht bis zur Oberfläche fort, sondern lässt bei einem Durchmesser / Höhenverhältnis einer Granule von 1:60 lediglich die unteren Bereiche mitrotieren. (Bei irdischen Tiefdruckwirbeln ist das D/H-Verhältnis eher 60:1 und die Wirbel reichen bis an die Stratosphäre.)
- 2) Ein Tiefdruckgebiet auf der Erde mit 1000 km Durchmesser im Verhältnis zur dem, der Erde, ist vergleichsweise hundertmal größer, als eine 1000 km- Granule auf der Sonne. Die Folge ist, dass die drehrichtungsbestimmende Corioliskraft auf der Sonne nicht den gleichen Rang wie auf der Erde hat. Vielmehr drückt sie sich in einer statistischen Häufigkeit der Wirbeldrehrichtung, abhängig vom Breitengrad aus.
- 3) Auf der Nordhemisphäre
- 4) Mit dem Äquator als Spiegelachse
- 5) Wenn man von einem durchschnittlichen Versatz einer vorlaufenden Granule um 45° nach Norden oder Süden ausgeht, ergibt das bereits nach einem Tag, eine Wegdifferenz von 77 km. Langlebige Granulen würden sich also in ihrer Bewegung gegenseitig behindern. Vermutlich ist das der Grund, warum sie im Schnitt nur 8 Minuten bestehen und ständig neu gebildet werden.
- 6) Bandartige Strömungszonen auf Gasplaneten mit innerem Wärmeüberschuss könnten ähnliche Ursachen haben.
- 7) Als Folge davon, treten zu Beginn eines 11-Jahreszyklus` die ersten Sonnenflecken hier auf.
- 8) Polwert = extrapoliert. (nicht signierter Beitrag von 2003:4C:6E22:A01:AC70:AF28:EE5:FECB (Diskussion | Beiträge) 07:58, 13. Apr. 2015 (CEST))--2003:4C:6E22:A01:C5AF:591D:ACDF:951A 22:49, 25. Apr. 2015 (CEST)
Quellen:
Störing, Knaurs moderne Astronomie, S.: 34 (Druck obere Konvektionssphäre), (Granulendurchmesser.)
Herder, Erforschter Weltraum, S.: 76 (Dichteverlauf der Konvektionssphäre), S.: 84 (Rotationsdauer-Zahlen, Pol = extrapoliert)
Sautter, Astrophysik I, S.: 101 (Dicke der Konvektionssphäre), (Lebensdauer der Granulen) S.: 103 (keine Fliehkraftabplattung der Sonne)
Bitte mein ungelenkes Verhalten in Wikipedia zu entschuldigen, ich bin kompetter Internet-Neuling. (nicht signierter Beitrag von Werren (Diskussion | Beiträge) 12:53, 1. Feb. 2015 (CET))
- Nichts zu entschuldigen - die Wikipedia hat halt ihr eigenen Regeln und soll ja auch für Laien verständlich (aber trotzdem vor allem natürlich korrekt!) sein - wir müssen halt "alle gemeinsam" probieren, was gutes draus zu machen. Weil mich das Thema interessiert, les ich mir Deine Erklärung bald einmal durch und versuch konstruktive Vorschläge zu machen, wie wir das in den Text reinbringen - nur momentan hab ich kaum Zeit ... --Haraldmmueller (Diskussion) 14:19, 1. Feb. 2015 (CET)
Ich bin zwar nur interessierter Laie, aber als ehemaliger Maschinenbauingenieur sind für mich himmelsmechanische Vorgänge, wie die Rotationszahlen von Himmelskörpern, faszinierend. Für das, auf den ersten Blick, rätselhafte Verhalten der äußeren Sonnenschicht, fand ich in der Fachliteratur immer nur den Befund, dass es eine differentielle Rotation gibt, aber keine Erklärung. Wegen der universell gültigen Naturgesetze, (und seien es Wetterphänomene) sehe ich trotz der ganz andersartigen Sonnenoberfläche, Parallelen. Gruß: Werren
Versuch, einer Textgestaltung gemäß den Wikipedia- Richtlinien:
Die Eigenrotation der Sonne
Die Sonnenoberfläche rotiert abhängig vom geographischen Breitengrad unterschiedlich schnell, dabei steigt die Rotationsdauer nach einer mathematischen Kurve vom Äquator zu den Polen.
Die sichtbare Sonnenoberfläche ist übersät mit über 2 Millionen Konvektionszellen, den Granulen. Dabei handelt es sich im meteorologischen Sinne um Tiefdruckgebiete. An der Untergrenze*a) der Konvektionszone herrscht heftige Wirbelbildung und ein Druck von mehreren zehntausend bar, mit einer entsprechend höheren Dichte, als an der Oberfläche. Turbulenzen und Reibungskräfte zu den Nachbarzellen sind hier von entscheidender Bedeutung. Von den Zellenrändern kommend, strömt das aufgeheizte Plasma in die zentralen Aufstiegsregionen und versetzt so, unter Einfuß der Corioliskraft*b), die Zellen auf der Nordhalbkugel in Linksdrehung und auf der Südhalbkugel in Rechtsdrehung. Beispielsweise wirken auf der Nordhalbkugel die jeweils nördlichen Nachbarzellen über Reibung und Turbulenzen der Drehbewegung entgegen, und verursachen damit eine Verdriftung der Zentren nach Osten. Die jeweils südlichen Nachbarzellen, bewirken dagegen eine Verdriftung der Zentren nach Westen. Beide Einflüsse heben sich nicht gegenseitig auf, denn sie sind ungleich stark. D.h. die jeweils nördliche Nachbarzelle rotiert schneller und hat eine größere Tangentialgeschwindigkeit, als die südliche.*c) Darum überwiegt in Summe eine Ostverdriftung. Und weil die Sonne von Westen nach Osten rotiert, erhöht sich die Umfangsgeschwindigkeit um die Driftgeschwindigkeit. Die Corioliskraft steigt mit dem Winkel der Wirbel-Rotationsebene zur Rotationsachse der Sonne. (Auf einer sich drehenden Kugel mit einem Einheitsradius 1, bewirkt ein Versatz vom 80. zum 70. Breitenengrad eine Umfangsdifferenz von 1,057, aber vom 20. zum 10. nur 0,283. Folglich sinkt vom Nordpol bis zum Äquator, die statistische Wahrscheinlichkeit für eine Linksrotation immer weiter, bis auf 50%.) Die Relativbewegung zwischen zwei auf einem Meridian benachbarten Zellen beträgt nur wenige Meter pro Sekunde, aber nach einer Sonnenumdrehung und im Abstand von 10 Breitengraden summiert sich die Distanz in den mittleren Breiten auf über 600 000 km. Von den Polen zum Äquator akkumulieren sich die Driftgeschwindigkeiten. Dieser Effekt wird allerdings mit steigender geographischer Breite gemindert, bzw. negiert, denn die, für die Ostdrift sorgenden, jeweils polseitigen Nachbarzellen, werden, im Vergleich zu den äquatorseitigen, zu den Polen hin, prozentual immer weniger. So wird insgesamt ein Strömungsbild erzeugt, das in etwa einer Sinuskurve von +90° bis -90° gleicht (Diagramm). Die Vorgänge werden in der Schemazeichnung dargestellt. Die Granulen stehen zwar nicht, wie gezeigt, aufgereiht, sondern chaotisch ungeordnet, dass ändert aber nichts an den grundlegenden Abläufen. Die äußerst kurze Lebensdauer der Granulen, im Vergleich zu ihrer Größe, ist ein weiteres Indiz für rotierende Thermikwirbel in der Tiefe, die durch die oben beschriebnen Vorgänge gewissermaßen den Aufstiegsschläuchen davonlaufen und ständig neue Regionen mit heißem Plasma aufsteigen lassen. Der eigentliche Antrieb der differentiellen Rotation liegt also in der unteren Konvektionsschicht, von der das Plasma darüber mitgezogen wird. Wie die Kurve Geschwindigkeitsverteilung nach den oben beschriebenen Vorgängen aussieht, zeigt die Berechnung in 5-Grad-Schritten von den Polen zum Äquator. Die Übereinstimmung mit der Wirklichkeit ist frappierend. Setzt man die Maximalzahlenwerte der Diagramme (berechnet und real) gleich, dann gibt es bei den Zwischenwerten nur minimale Differenzen.
Fußnoten:
- a) In der Fachliteratur werden unterschiedliche Tiefen von 60 000 bis zu 200 000 km angegeben.
- b) Auch ohne Rotation der Sonne würde das aufgeheizte Plasma spiralförmig in die zentrale Aufstiegsregion strömen. Denn der zur Verfügung stehende Raum verengt sich zur Mitte immer mehr, so dass das Plasma ebenfalls tangential abgelenkt wird. Allerdings wäre die Drehrichtung ohne Corioliskraft rein zufällig.
- c) Ein Tiefdruckgebiet auf der Erde mit 1000 km Durchmesser im Verhältnis zum Radius der Erde, ist relativ hundertmal größer, als eine 1000 km- Granule im Verhältnis zum Sonnenradius. Die Folge ist, dass die drehrichtungsbestimmende Corioliskraft auf der Sonne nicht den gleichen Rang wie auf der Erde hat. Vielmehr drückt sie sich in einer statistischen Häufigkeit der Wirbeldrehrichtung, abhängig vom Breitengrad aus.
Quellen:
- Störing: Knaurs moderne Astronomie. S. 34 (Granulendurchmesser.), Droemersche Verlagsanstalt, Kanuer Nachf., München, 1985, ISBN 3-426-26236-3
- Becker und Sauermost: Erforschter Weltraum. S. 84 (Rotationsdauer-Zahlen, Pol = extrapoliert), Herder-Verlag, Freiburg Brsg. 1976, ISBN 3-451-17393-X
- Hans-Ulrich Keller: Astrowissen. S. 166 (Druckverlauf in der Kovektionsschicht), Kosmos, Stuttgart, 2003, 3. Auflg., ISBN 3-440-09713-7
- Heribert Stroppe: Physik, 14. Auflg., S. 55 , (Corioliskraft in Abhängigkeit vom Breitengrad), Fachbuchverl. Leipzig im Carl-Hanser-Verl., München, 2008, ISBN 978-3-446-41502-7
Dieser Text beschränkt sich ausdrücklich auf die Vorgänge auf der Sonnenoberfläche.--Werren (Diskussion) 22:24, 13. Apr. 2016 (CEST)--Werren (Diskussion) 11:36, 17. Apr. 2016 (CEST) --Werren (Diskussion) 11:52, 20. Apr. 2016 (CEST)--Werren (Diskussion) 20:00, 28. Apr. 2016 (CEST)--Werren (Diskussion) 17:31, 23. Mai 2016 (CEST)--Werren (Diskussion) 15:09, 13. Okt. 2016 (CEST)
Differentielle Rotation der Sonne
[Quelltext bearbeiten]Die Frage sei mir gestattet, warum eine plausible Erklärung zugunsten eines fragwürdigen Begründungsversuchs aus dem Text des Artikels wieder gelöscht wurde.--2003:4C:6E27:C501:7010:FEBC:1915:450A 18:56, 31. Mai 2016 (CEST)
Die Erfahrung zeigt, dass die naheliegendste Erklärung auch die jeweils richtige ist. Es gibt keinen Grund anzunehmen, dass die Gesetze der Meteorologie für die Sonnen- Kovektionsschicht nicht gelten sollten. Selbst bei den erheblich höheren Temperaturen. Die Bezeichnung Konvektionsschicht alleine deutet bereits auf die Auftriebsvorgänge durch Temperaturunterschiede hin, wie sie auch in der Erdatmosphäre zu beobachten sind. Zwar wird man die Wirbel am Grunde der Granulen nie direkt beobachten können, deshalb muss auch der sichtbare Beweis ausbleiben, aber alle Indizien, vor allem der Winkelgeschwindigkeits- Kurvenverlauf, bezeugen die Richtigkeit der Erklärung. Dabei handelt es sich nicht um eine neue Theorie, wie in der Löschung begründet, sondern lediglich eine Übertragung lange bekannter Phänomene (z.T. seit 180 Jahren) auf die sichtbare Sonnenoberfläche. Vielleicht gelingt mir noch ein Versuchsaufbau, der eindrücklicher als eine Schemazeichnung die Vorgänge verdeutlicht.--Werren (Diskussion) 21:00, 1. Jun. 2016 (CEST)
Riesige Strömungszellen auf der Sonne
[Quelltext bearbeiten]In der Onlinesite „Welt der Physik“, gefördert vom Bundesministerium für Bildung und Forschung gibt es einen Bericht, der auf der Originalarbeit: "Giant Convection Cells Found on the Sun“, D.H.Hathaway; Science, 2013" basiert. Darin werden riesige Strömungszellen auf der Sonne und deren physikalischen Entstehungsmechanismen beschrieben. Basierend auf den Erkenntnissen des Helioseismic and Magnetic Imager an Bord der NASA-Sonde Solar Dynamics Observatory wird berichtet, wie sich der großräumigen Strömungsverteilung verschiedene Strömungszellen überlagern. Der differentiellen Rotation, wie ich sie anhand der einzelnen Granulen beschrieben hatte, sind den Beobachtungen zu Folge, großräumige Strömungszellen überlagert, die sich scheinbar ungeordnet über die Sonnenoberfläche verteilen. Auffallend ist jedoch die Häufung der Ostdrift-Zellen in den mittleren Breiten. Das Strömungsbild zeigt die Differenzströmungen im Verhältnis zur Umgebung und entspricht im Durchschnitt der Kurve 2 des differenzierten Geschwindigkeitsverlaufs. Das Einfügen des Strömungsbildes hab ich vermieden, weil das Urheberrecht dazu bei Dr. David Hathaway (NASA) liegt, und verweise stattdessen auf den Weblink:
Für ausschlaggebend halte ich die Zusammenfassung dazu im Text, die prinzipiell, jedoch weniger detailliert, meine Erklärung bestätigt.--Werren (Diskussion) 12:08, 30. Jul. 2019 (CEST)
Differenzielle Rotation
[Quelltext bearbeiten]Nach den Regeln der dt. Rechtschreibung ist “differenziell” die bevorzugte Rechtschreibung (seit 27 Jahren oder so). Das Lemma muss gemäß Wikipedia:Rechtschreibung geändert werden. — Wassermaus (Diskussion) 22:12, 15. Feb. 2023 (CET)