Relativ neue Messungen zeigen, dass die Sonne fast das rundeste Objekt ist, das jemals gemessen wurde. Auf die Größe eines Wasserballs skaliert, wäre es so rund, dass der Unterschied zwischen dem breitesten und dem schmalsten Durchmesser viel geringer wäre als die Breite eines menschlichen Haares.
Ich schätze, dass das obige Ergebnis nur eine Messung ist, und ich habe nach einer Bestätigung des Ergebnisses gesucht. Wikipedia erkennt jedoch seine Gültigkeit an:
Durch dieses Maß ist die Sonne eine nahezu perfekte Kugel mit einer Abflachung, die auf etwa 9 Millionstel geschätzt wird, was bedeutet, dass sich ihr Poldurchmesser nur um 10 Kilometer von ihrem Äquatorialdurchmesser unterscheidet.
Zwei Fragen zu diesem Thema:
Zumindest für mich ist es ein völlig kontraintuitives Ergebnis. Kann jemand erklären, aus welchen Gründen diese Symmetrie entstanden ist? Ist es eine Kombination aus einer langsamen Rotationsrate in Kombination mit einem stark isotropen zentralen Gravitationsfeld? Ich dachte, es würde eine äquatoriale Ausbuchtung geben, obwohl die Rotationsgeschwindigkeit langsam ist.
Bedeutet dieses Ergebnis für nur einen, soweit ich weiß, gewöhnlichen Stern, dass asymmetrische Sternkollaps viel weniger wahrscheinlich sind als zuvor angenommen? Zugegeben, es ist nur ein Stern unter unzähligen Milliarden, aber andererseits kann es, da es sich um eine zufällige Stichprobe handelt, durchaus auf viele weitere ähnliche "extrem" (wenn ich dieses Wort verwenden darf) kugelförmige Objekte hinweisen.
Die Symmetrie der Sonne hat sehr wenig mit irgendeiner Symmetrie ihrer Entstehung zu tun.
Die Sonne hatte viel Zeit, um ein Gleichgewicht zwischen ihrer Eigengravitation und ihrem inneren Druckgradienten zu erreichen. Jede Abweichung von der Symmetrie würde einen Druckunterschied in Regionen mit ähnlichem Radius, aber unterschiedlichen Polar- oder Azimutwinkeln implizieren. Der resultierende Druckgradient würde Flüssigkeitsströme auslösen, die die Asymmetrie aufheben würden.
Mögliche Quellen der Asymmetrie in Sternen könnten eine schnelle Rotation oder das Vorhandensein eines binären Begleiters sein, die beide die Symmetrie des effektiven Gravitationspotentials brechen, selbst wenn der Stern kugelsymmetrisch wäre. Die Sonne hat beides nicht (die Zentrifugalbeschleunigung am Äquator beträgt nur etwa 20 Millionstel der Oberflächengravitation, und Jupiter ist zu klein und weit entfernt, um eine Wirkung zu haben) und entspannt sich einfach zu einer fast kugelsymmetrischen Konfiguration.
Die Beziehung zwischen Abgeflachtheit/Elliptizität und Rotationsgeschwindigkeit wird hier ausführlich für einen selbstgravitativen Sphäroid mit gleichmäßiger Dichte behandelt , und die folgende analytische Annäherung wird für das Verhältnis von Äquatorialradius zu Polarradius erhalten
Wenn ich Zahlen für die Sonne einsetze (unter Verwendung der äquatorialen Rotationsperiode), bekomme ich und daher oder km. Somit gibt diese einfache Berechnung den beobachteten Wert einem kleinen Faktor an, ist aber offensichtlich nur eine Annäherung, weil (a) die Sonne keine einheitliche Dichte hat und (b) sich in ihrer äußeren Hülle unterschiedlich mit dem Breitengrad dreht.
Ein letzter Gedanke. Die Abflachung eines einzelnen Sterns wie der Sonne hängt von seiner Rotation ab. Sie fragen sich vielleicht, wie typisch ist die (kleine) Rotationsrate der Sonne, die zu einer sehr kleinen Abflachung führt? Es gibt schneller rotierende sonnenähnliche (und insbesondere massereichere) Sterne ; Sehr junge Sterne können bis zu 100-mal schneller rotieren als die Sonne, was zu einer erheblichen Abflachung führt. Sonnenähnliche Sterne drehen sich jedoch mit zunehmendem Alter durch einen magnetisierten Wind nach unten. Die Spin-Down-Rate hängt von der Rotationsrate ab und das bedeutet, dass Single(oder zumindest Sterne, die sich nicht in engen, gezeitengebundenen Binärsystemen befinden) konvergieren Sterne in einem Alter von über einer Milliarde Jahren zu einer nahezu einzigartigen Rotationsaltersbeziehung. Daher erwarten wir (das muss noch bewiesen werden, da das Alter der Sterne schwer abzuschätzen ist), dass alle sonnenähnlichen Sterne mit einem ähnlichen Alter wie die Sonne ähnliche Rotationsraten und eine ähnlich geringe Abplattung aufweisen sollten.
I) In dieser Antwort werden wir nur die Gleichgewichtsform diskutieren. Denken Sie daran, dass bei der Diskussion der Form der Erde in diesem Phys.SE-Beitrag das Gravitations-Quadrupol-Moment wichtig war. Anders als bei der Erde ist es aus Oberflächensicht eine sehr gute Näherung anzunehmen, dass die gesamte Masse der Sonne im Zentrum sitzt, vgl. unten Grafik.
Außerdem hilft hier das Newtonsche Schalentheorem . Wir schließen daraus, dass es ausreicht, das Gravitationsmonopolfeld zu betrachten
von der Sonne. Von Wikipedia bekommen wir das
beziehungsweise. Die Äquatorgeschwindigkeit ist
Die äquatoriale Oberflächengravitation ist dann
Wiederholt man das Monopol-Argument von Mark Eichenlaub für die Sonne, so wird der Höhenunterschied zwischen dem äquatorialen und dem polaren Radius
führt zu einer Abflachung
Diese Schätzung geht um 20 % über die tatsächlich beobachtete Abflachung hinaus, was nur der Fall ist .
II) Im Rest dieser Antwort möchten wir argumentieren, dass die 20 % Differenz in Gl. (7) ist hauptsächlich darauf zurückzuführen, dass die Sonne nicht als starrer Körper rotiert, was wir implizit in Abschnitt I. Die Polarperiode angenommen haben
ist langsamer als die Äquatorperiode (3). Um fortzufahren, nehmen wir der Einfachheit halber an, dass das Quadrat der Periode hängt vom Polarwinkel ab auf die folgende Weise
Definieren Sie analog zur späteren Bequemlichkeit die Menge
was proportional ist . Die Zentrifugalbeschleunigung ist
Mit Argumenten ähnlich meiner Phys.SE-Antwort hier sollte die Gesamtkraft senkrecht zur Oberfläche sein
Das Differential (12) ist ungenau . Nach Multiplikation mit einem Integrationsfaktor haben wir
wo
Das Potenzial wird
Die Differenz zwischen äquatorialem und polarem Potential sollte Null sein:
oder gleichwertig,
Der Höhenunterschied wird
führt zu einer Abflachung
was 10 % unter der beobachteten Abflachung liegt. Wie auch immer, das obige einfache Modell zeigt, dass es wichtig ist, die nicht starre differentielle Rotation der Sonne zu berücksichtigen.
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Neben der Erfüllung der richtigen Randbedingungen ist der Ansatz (9) zugegebenermaßen gewählt, um den Integrationsfaktor (14) einfach zu machen (und nicht auf Beobachtungen oder astrophysikalischen Modellen zu beruhen).
Ich denke, dass die Entfernung ein falsches Bild verleiht, um als Kugel zu erscheinen ... Bei genauerem Hinsehen würde man tatsächlich die Höhen und Tiefen sehen, das zerklüftete Äußere ... Vielleicht dreht sich die äußere gasförmige Hülle, die leicht ist, sogar auf dem gesamte Oberfläche der Sonne aufgrund der starken Schwerkraft, die ihr die runde Form verleiht ...
ToniK
Benutzer81619
camden_kid
DaG
ProfRob
Emilio Pisanty
Benutzer81619
Emilio Pisanty
Steeven
To me at least, it is a completely counter-intuitive result.
Ich entschuldige mich im Voraus für meine scheinbar ganz andere Intuition. Aber für mich sehe ich nichts Widersinniges daran, dass die Sonne sehr, sehr rund ist. So wie ein Wassertropfen im freien Raum sehr sehr rund wäre. Diese Frage sagt nicht, warum dies seltsam und kontraintuitiv ist. Wie kommt es, dass dies anscheinend so eine Überraschung ist?Benutzer81619
Steeven