Co to jest obrót różnicowy?
Obrót różnicowy (differential rotation) to zjawisko polegające na tym, że różne warstwy lub obszary ciała niebieskiego obracają się z różnymi prędkościami kątowymi – inaczej niż ciało sztywne, które obraca się jak całość. W ciałach niestałych (gazowych gwiazdach, atmosferach planet, dyskach galaktycznych) poszczególne warstwy mogą mieć niezależne prędkości obrotowe, zazwyczaj malejące wraz z szerokością geograficzną od równika ku biegunom.
Słońce jest klasycznym przykładem obrotu różnicowego: przy równiku słonecznym obróg trwa ok. 25 dni, przy szerokości 45 stopni ok. 28 dni, a przy biegunach ok. 36 dni (mierzony przez śledzenie plam słonecznych i metody helioseismologii). Obrót różnicowy Słońca jest kluczowym mechanizmem cyklu magnetycznego (cykl 11-letni): wlókniste pole magnetyczne bipolarne jest 'nawijane’ przez obrót różnicowy na toroidy, co prowadzi do powstawania plam słonecznych i aktywności magnetycznej. Gwiazdy F-M mają silniejszy obrót różnicowy niż Słońce – mierzony przez śledzenie plam gwiazdowych przez spektrometry dopplerowskie (metoda Doppler Imaging). Dysk galaktyczny Drogi Mlecznej też obraca się różnicowo: gwiazdy blisko centrum krążą szybciej (prędkość orbitalna ok. 220-250 km/s w rejonie Słońca, potem maleje ku zewnętrznym obszarom – płaska krzywa rotacji galaktyki wskazuje na ciemną materię). Atmosfera Jowisza i Saturna również obraca się różnicowo, z pasami wiatrów o różnych prędkościach.
Obrót różnicowy galaktyk jest jednym z silnych argumentów na istnienie ciemnej materii: w galaktyce bez ciemnej materii prędkości orbitalne powinny maleć jak w Układzie Słonecznym (za większością masy), lecz obserwacje pokazują płaskie krzywe rotacji daleko poza widocznym dyskiem – materia ciemna musi tworzyć rozległe halo. Vera Rubin i Kent Ford w 1970 roku dokonali pierwszych precyzyjnych pomiarów płaskich krzywych rotacji galaktyk spiralnych, co stało się kluczowym dowodem na ciemną materię.