«خورشید» چند روز یکبار دور خودش می‌چرخد؟

هوکسما می‌گوید قرن‌ها بعد، در میانه دهه 1800، اخترشناس انگلیسی «ریچارد کارینگتون» نیز با استفاده از روش‌هایی مشابه گالیله اما با تلسکوپ بهتر، نرخ چرخش خورشید را اندازه گرفت. کارینگتون سرعت چرخش لکه‌های خورشیدی را در ناحیه‌ای خاص (حدود 30 درجه عرض جغرافیایی روی خورشید) جایی که لکه‌ها بیشتر مشاهده می‌شدند، تعیین کرد. برپایه‌ی اندازه‌گیری‌های کارینگتون، لکه‌ها با سرعتی حرکت می‌کردند که حدود 27٫3 روز طول می‌کشید تا یک دور کامل به دور خورشید بزنند. 

هوکسما می‌گوید بیشتر لکه‌های خورشیدی طی یک یا دو هفته ظاهر می‌شوند و از بین می‌روند، بنابراین یک چرخش کامل را دوام نمی‌آورند. با این حال، اخترشناسانی مانند گالیله و کارینگتون می‌توانستند حرکت لکه‌ها را طی چند روز نقشه‌برداری کنند تا سرعت چرخش خورشید و از آن، مدت‌زمان یک چرخش کامل را تعیین کنند. 

با این حال، چرخش زمین محاسبات را پیچیده می‌کند. چون زمین به دور خورشید حرکت می‌کند و در همان جهتی می‌چرخد که خورشید می‌چرخد، اندازه‌گیری چرخش خورشید از روی زمین، مقدار چرخش خورشید را نسبت به حرکت زمین ثبت می‌کند. این نوع اندازه‌گیری «نرخ چرخش همنوایی» (synodic) نام دارد و کمابیش دو روز طولانی‌تر از آن اندازه‌گیری است که نسبت به حرکت ستارگان انجام می‌شود که «نرخ چرخش نجومی» یا sidereal نام دارد. مقدار 27٫3 روزِ کارینگتون آن دو روز اضافی را هم در برمی‌گیرد. 

سرعت چرخش خورشید در ناحیه همرفتی آن (که ناحیه جابجایی نیز نامیده می‌شود) با عمق و عرض جغرافیایی تغییر می‌کند، اما در ناحیه تابشی همیشه یکسان است

پس در واقع خورشید در دوره چرخش 27٫3 روزه کارینگتون بیش از یک دور کامل می‌زند. با این حال، نرخ چرخش کارینگتون در نهایت به‌عنوان استاندارد توسط همه پذیرفته شد. اما دانشمندان اکنون می‌دانند نسبت به حرکت ستارگان که در این زمینه آن‌قدر کند است که می‌توان از آن چشم‌پوشی کرد، خورشید در عرض جغرافیایی که کارینگتون لکه‌ها را مشاهده می‌کرد، حدود 25٫4 روز طول می‌کشد تا به دور محورش بچرخد. 

ویال معتقد است: «از دیدگاه فیزیکی محض، نرخ نجومی (sidereal) نرخ چرخشِ درست است.»

عرض جغرافیایی و عمق

پژوهشگرانی مانند کارینگتون مجبور بودند برای تعیین سرعت چرخش خورشید به ویژگی‌های قابل‌مشاهده‌ی آن مانند لکه‌های خورشیدی تکیه کنند. مشکل اینست که همه نواحی خورشید لکه خورشیدی ندارند. در قطب‌ها «عملاً هیچ لکه خورشیدی وجود ندارد» و در استوا نیز «نسبتاً کم» است؛ بنابراین پژوهشگرانی که به لکه‌ها متکی هستند، از دید محل اندازه‌گیری روی خورشید محدودیت دارند. 

به همین دلیل اندازه‌گیری در مکان‌های مختلف خورشید برای به‌دست آوردن تصویر کامل ضروریست، زیرا نرخ چرخش خورشید به عرض جغرافیایی (روی خورشید) و عمق بستگی دارد. 

هوکسما می‌گوید: «جالبست که هیچ نرخ چرخش واحدی وجود ندارد که خورشید را توصیف کند. به نظر می‌رسد هر بخش نرخ خودش را دارد.» این پدیده که «چرخش تفاضلی» نامیده می‌شود، در خورشید ممکن است چون از گاز ساخته شده است. در مقابل، زمین چرخش تفاضلی ندارد زیرا جامد است؛ همه بخش‌های آن باید با هم حرکت کنند. 

از دهه 1970، دانشمندان مشاهده چرخش خورشید را با روش‌هایی غیر از مشاهده بصری آغاز کردند. یکی از این روش‌ها «هلیوسایزمولوژی» است که به گفته هوکسما «از امواج صوتی که درون خورشید حرکت می‌کنند برای تعیین ویژگی‌های آن استفاده می‌کند.» 

دانشمندان همچنین می‌توانند با بررسی اثر دوپلر در نور ساطع‌شده از خورشیدِ در حال چرخش، سرعت چرخش آن را اندازه‌گیری کنند؛ به این شکل که طول موج نور بسته به این‌که منبع نور به سمت ما حرکت می‌کند یا از ما دور می‌شود، کوتاه‌تر یا بلندتر می‌شود. 

دانشمندان با کنار هم گذاشتن این داده‌ها دریافته‌اند که خورشید در ناحیه استوایی خود بیشترین سرعت چرخش را دارد و هر 24٫5 روز یک‌بار یک دور کامل می‌زند، در حالی که در قطب‌ها کندترین چرخش را دارد و یک دور چرخش آن 34 روز یا بیشتر طول می‌کشد. این تفاوت وابسته به عرض جغرافیایی از سطح خورشید آغاز می‌شود و تا انتهای ناحیه همرفتی ادامه دارد؛ لایه‌ای از خورشید که از حدود یک‌سوم فاصله تا هسته گسترش یافته است. 

در همین ناحیه، نرخ چرخش خورشید با عمق نیز تغییر می‌کند. در لایه‌های عمیق‌تر، ناحیه تابشی که بین ناحیه همرفتی و هسته خورشید قرار دارد، مانند یک جسم جامد می‌چرخد، با نرخی حدود 26٫6 روز، صرف‌نظر از عرض جغرافیایی. 

دانشمندان کاملاً مطمئن نیستند هسته خورشید با چه سرعتی می‌چرخد، زیرا اندازه‌گیری‌های خوبی از آنجا در دست نیست. این چیزیست که افراد باید در آینده آن را کشف کنند.