Differential rotation of the Sun and magnetic diffusivity after the Maunder minimum as well as numerical models of the solar dynamo
Final Report Abstract
Dem Projekt standen 6285 Sonnenfleckenpositionen aus der Zeit von 1749 bis 1799 zur Verfügung, die auf Zeichnungen von Johann Staudacher beruhen. Hauptziel war die Bestimmung der differentiellen Rotation der Sonne im 18. Jahrhundert, also der Differenz der Rotationsgeschwindigkeiten zwischen Pol und Äquator der Sonne. Für die Auswertung wurden 288 Zeichnungspaare gebildet, auf denen sich gemeinsame Flecken identifizieren lassen. Mithilfe einer Bayesschen Parameterschätzung wurde die Äquator-Pol-Differenz der Rotation bestimmt. Da zusätzliche freie Parameter festgelegt werden müssen, ergeben sich relativ aufwändige Rechnungen in 10- bis 40-dimensionalen Räumen. Die Methode liefert eine vollständige Wahrscheinlichkeitsverteilung für alle möglichen Werte der differentiellen Rotation. Aus den Staudacher-Daten wurde für die Differenz der Rotationsfrequenz ein Wert von −2.75°/d ermittelt. Sie stimmt mit dem heutigen Wert von −2.87°/d sehr gut überein. Das Ergebnis zeigt, dass man aus historischen Beobachtungen von Amateurastronomen durchaus wissenschaftliche Resultate ableiten kann. Darüberhinaus wurde der Zeitraum in zwei Perioden unterteilt, für die der Parameter für die differentielle Rotation unabhängig bestimmt wurde. Für den Zeitraum 1749–1761 ergab sich eine stärkere differentielle Rotation von −4.2°/d, während sie für 1762–1799 nur −2.2°/d betrug. Aufgrund der begrenzten Genauigkeit der Daten ist die Signifikanz dieser Veränderung nur gering. Bewahrheitet sie sich, hätte sie Auswirkungen auf die Lösungen der Dynamogleichung, die für die Erklärung des Sonnenfleckenzyklus herangezogen wird. Tatsächlich zeigen die Staudacher-Daten eine in der ersten Hälfte auch ungewöhnliche Verteilung der Flecken über die heliografische Breite mit einer großen Zahl von Flecken direkt auf den Sonnenäquator. Neben der differentiellen Rotation wurde auch der sehr lange Zyklus 4 (der letzte von Staudacher beobachtete) untersucht. Die Sonnenfleckenpositionen deuten nämlich mit ihrer Breitenverteilung einen schwachen neuen Zyklus am Ende des 4. Zyklus an, so dass sich zwei wesentlich kürzere ergeben. Die Zyklen auf Nord- und Südhalbkugel der Sonne laufen nicht völlig synchron ab. Der Phasenunterschied zwischen dem nördlichen und südlichen Zyklus schwankt periodisch. Die Kombination der Staudacher-Daten mit modernen Sonnenfleckendaten ergibt eine Periode für diese Phasenvariation von rund 80 Jahren.
Publications
- Secular variation in hemispheric leading of sunspot distribution. Astron. Nachr. 331 (2010), 765
Zolotova, N.V., Ponyavin, D.I., Arlt, R., Tuominen, I.
