较差自转

较差自转(differential rotation)是指一个天体在自转时不同部位的角速度互不相同的现象。较 差自转在大多数非固体的天体中存在，比如星系、恒星、巨型气体行星等等；太阳系内则有 太阳和木星面出现。 星体的自转来自于其在前恒星阶段(prestellar)所累积的相角(accretion of phase)，以及对角动 量的守恒而来。而较差自转的成因主要来自于星体自身结构内部的对流；由于恒星内部有温 度梯度等影响，对流会使得内部及外部的物质进行类似置换的动作，而小区块物质本身带有 恒星的部份角动量，不同区域的对流造成了恒星内部角速度分布的重新配置，而形成了较差 自转的现象。需要注意的是，有时恒星风也是恒星损失角动量的来源。——维基百科 对于较差自转现象的具体解释： 做如下思想实验，假设有这样一颗星体，其内部不存在对流造成物质交换，像行星一样做整 体同角速度的自转，但其像恒星具有恒星风一样不断抛射损失最外层物质。明显的，其内部 物质间只有角速度法向方向的作用力（引力与压力）没有角速度切向方向的作用力（切向速 度相同无净粘滞力）。因此，在该星体风将最外层球壳的物质吹出星体的过程中，星体损失 了一部分质量及其携带的角动量，而剩余部分的角动量不受任何影响。 现在加入恒星内部对流作用的影响。同样首先假设初始状态恒星各部分角速度相同，此种状 态下恒星赤道附近外层区域的物质携带较大角动量，内层区物质携带较小角动量；恒星两极 内层与外层物质携带角动量差别很小。 首先考虑赤道附近，在对流作用下，转动惯量质量比较大的部分向内移动，转动惯量较小的 部分向外移动到恒星表面并被恒星风喷射出去，与之前无对流交换物质的情况相比，更多的 角动量被保留下来，因此恒星赤道角速度也应当比无对流喷射星体的赤道角速度大。 而恒星两极附近对流作用交换的物质角动量几乎相同，应当与无对流交换物质喷射星体的两 极的角速度相同。 同时我们知道，之前假设星体具有统一恒定的角速度，由此可知恒星对流与恒星风的共同作 用，将使原本统一的自转角速度转变为赤道角速度大于两极角速度。 我们也可以从受力角度来进行分析，旋转质量改变距恒星质心距离后，其旋转角速度比然发 生改变，改变量为 2' ( ) R R dR ω ω= + 当 dR小于 0时角速度增加，反之物质向外运动角速度减小。此时新移动到内层的物质与原 本处于内层的物质存在速度差，通过自转切向粘滞力传递角动量，带动内层物质改变其角速 度，而新移动到恒星最外层的物质部分被喷射出去，减小了他们的影响。