Всё для Учёбы — студенческий файлообменник
1 монета
docx

Студенческий документ № 020433 из ГЭИ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

УЧРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ

"БАРАНОВИЧСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ"

Факультет_Педагогики и психологии________________________

Кафедра _Естественно-научных дисциплин_____________________

Дата регистрации работы в деканате ___________________________

Дата регистрации работы на кафедре ___________________________

Отметка о допуске к защите __________________________________

Оценка за защиту ___________________________________________

КУРСОВАЯ РАБОТА (ПРОЕКТ)

по дисциплине_Общее землеведение_____________________________

Тема: _Солнце - центральное тело Солнечной системы________________

Исполнитель:

Студент, 1 курса, группа ГЭ-11_____________

(студент, курс, группа)

_Почебыт В. А.__________________________

(Ф. И. О.)

Руководитель:

________________________________________

(ученая степень,ученое звание,должностЬ)

_Климко.Н.А.____________________________

(Ф. И. О.)

Барановичи 2014

Оглавление

Введение...............................................................................3

Раздел 1. Атмосфера Солнца...................................................... 4

1.1 Фотосфера...............................................................5

1.2 Солнечные пятна.......................................................7

1.3 Хромосфера.............................................................10

1.4 Солнечная корона ....................................................11

Раздел 2. Солнечная активность..................................................13

Раздел 3. Значение Солнца в жизни Земли.....................................19

3.1 Энергия солнечного света...........................................20

3.2 Солнечный ветер и межпланетные магнитные поля...........23

3.3 Бомбардировка энергичными частицами........................24

3.4 Активность Солнца и здоровье людей...........................27

Заключение...........................................................................30

Список использованных источников............................................31

Введение

Солнце - центральное тело Солнечной системы - представляет собой раскалённый плазменный шар. Солнце - ближайшая к Земле звезда. Свет от него до нас доходит за 8,3 мин. Солнце решающим образом повлияло на образование всех тел Солнечной системы и создало те условия, которые привели к возникновению и развитию жизни на Земле. Его масса в 333 000 раз больше массы Земли и в 750 раз больше массы всех других планет, вместе взятых. За 5 миллиардов лет существования Солнца уже около половины водорода в его центральной части превратилось в гелий. В результате этого процесса выделяется то количество энергии, которое Солнце излучает в мировое пространство. На Землю попадает ничтожная часть Солнечной энергии, составляющая около половины миллиардной доли. Она поддерживает в газообразном состоянии земную атмосферу, постоянно нагревает сушу и водоёмы, даёт энергию ветрам и водопадам, обеспечивает жизнедеятельность животных и растений. Часть солнечной энергии запасена в недрах Земли в виде каменного угля, нефти и других полезных ископаемых. Видимый с Земли диаметр Солнца незначительно меняется из-за эллиптичности орбиты и составляет, в среднем, 1 392 000 км (что в 109 раз превышает диаметр Земли). Расстояние до Солнца в 107 раз превышает его диаметр. Солнце представляет собой сферически симметричное тело, находящиеся в равновесии. Всюду на одинаковых расстояниях от центра этого шара физические условия одинаковы, но они заметно меняются по мере приближения к центру. Плотность и давление быстро нарастают вглубь, где газ сильнее сжат давлением вышележащих слоёв. Следовательно, температура также растёт по мере приближения к центру. В зависимости от изменения физических условий Солнце можно разделить на несколько концентрических слоёв, постепенно переходящих друг в друга. В центре Солнца температура составляет 15 миллионов градусов, а давление превышает сотни миллиардов атмосфер. Почти вся энергия Солнца генерируется в центральной области с радиусом примерно 1/3 солнечного. Через слои, окружающие центральную часть, эта энергия передаётся наружу. На протяжении последней трети радиуса находится конвективная зона. Причина возникновения перемешивания (конвекции) в наружных слоях Солнца та же, что и в кипящем чайнике: количество энергии, поступающее от нагревателя, гораздо больше того, которое отводится теплопроводностью. Поэтому вещество вынужденно приходит в движение и начинает само переносить тепло. Ядро и конвективная зона фактически не наблюдаемы. Об их существовании известно либо из теоретических расчётов, либо на основании косвенных данных. Над конвективной зоной располагаются непосредственно наблюдаемые слои Солнца, называемые его Атмосферой. Они лучше изучены, т.к. об их свойствах можно судить из наблюдений.

Раздел 1. Атмосфера Солнца

Внутреннее строение Солнца слоистое, или оболочечное, оно дифференцировано на сферы, или области. В центре находится ядро, затем область лучевого переноса энергии, далее конвективная зона и, наконец, атмосфера. К ней ряд исследователей относят три внешние области: фотосферу, хромосферу и корону. Правда, другие астрономы к солнечной атмосфере относят только хромосферу и корону.

Ядро - центральная область Солнца со сверхвысоким давлением и температурой, обеспечивающих течение ядерных реакций. Они выделяют огромное количество электромагнитной энергии в предельно коротких диапазонах волн.

Область лучевого переноса энергии находится над ядром. Она образована практически неподвижным и невидимым сверхвысокотемпературным газом. Передача через нее энергии, генерируемой в ядре, к внешним сферам Солнца осуществляется лучевым способом, без перемещения газа. Этот процесс надо представлять себе примерно так. Из ядра в область лучевого переноса энергия поступает в предельно коротковолновых диапазонах - гамма излучения, а уходит в более длинноволновом рентгеновском, что связано с понижением температуры газа к периферической зоне.

Конвективная область располагается над предыдущей. Она образована также невидимым раскаленным газом, находящимся в состоянии конвективного перемешивания. Оно обусловлено положением области между двумя средами, резко различающимися по господствующим в них давлению и температуре. Перенос тепла из солнечных недр к поверхности происходит в результате локальных поднятий сильно нагретых масс воздуха, находящихся под высоким давлением, к периферии светила, где температура газа меньше и где начинается световой диапазон излучения Солнца. Толщина конвективной области оценивается приблизительно в 1/10 часть солнечного радиуса.

Фотосфера

Фотосфера - это нижний из трех слоев атмосферы Солнца, расположенный непосредственно на плотной массе невидимого газа конвективной области. Толщина фотосферы всего около 300 - 400 км. Этот слой образован раскаленным ионизированным газом. Температура которого у основания близка к 10 000 К (т. е. абсолютная температура), а у верхней границы, расположенной примерно в 300 км выше, порядка 5000 К. Средняя температура фотосферы принимается в 5700 - 6000 К. При такой температуре раскаленный газ излучает электромагнитную энергию преимущественно в оптическом диапазоне волн. Чем глубже слои фотосферы, тем они горячее. Именно фотосфера, видимая как желтовато - яркий диск, зрительно воспринимается нами как Солнце.

Плотность фотосферы не превышает порядка 10-4 кг/м3, а число атомов преобладающего в фотосфере водорода - порядка 1017 в объеме 1 см3.

Во время наибольшего спокойствия земной атмосферы в телескоп можно наблюдать характерную зернистую структуру фотосферы. Чередование маленьких светлых пятнышек - гранул - размером около 1000 км, окруженных темными промежутками, создает впечатление ячеистой структуры - грануляции. Положение, конфигурация и размеры гранул меняются. Наблюдения показали, что каждая гранула в отдельности выражена лишь какое-то короткое время (около 5-10 минут), а затем исчезает, заменяясь новой гранулой. На поверхности Солнца гранулы не остаются неподвижными, а совершают нерегулярные движения со скоростью примерно 2 км/сек. В совокупности светлые зерна (гранулы) занимают до 40% поверхности солнечного диска. Гранулы всегда наблюдаются на всей поверхности Солнца. Другие детали фотосферы (пятна, факелы) появляются лишь время от времени.

Образно грануляцию на поверхности Солнца можно сравнить с кипением густой жидкости типа расплавленного гудрона, когда со светлыми восходящими струями появляются пузырьки воздуха, а более темные и плоские участки характеризуют погружающиеся порции жидкости.

Возникновение грануляции связано с происходящей под фотосферой конвекцией. Отдельные гранулы на несколько сотен градусов горячее окружающего их газа. Спектральные изменения свидетельствуют о движении газа в гранулах, похожих на конвективные: в гранулах газ поднимается, а между ними - опускается.

Эти движения газов порождают в солнечной атмосфере акустические волны, подобные звуковым волнам в воздухе.

Распространяясь в верхние слои солнечной атмосферы, волны, возникшие в конвективной зоне и в фотосфере, передают им часть механической энергии конвективных движений и производят нагревание газов последующих слоев атмосферы Солнца - хромосферы и короны. В результате верхние слои фотосферы с температурой около 4500 К оказываются самыми "холодными" на Солнце. Как вглубь, так и вверх от них температура газов быстро растет.

Исследования механизма передачи энергии в газовом шаре Солнца от центральной области к поверхности и ее излучение в космическое пространство показали, что она переносится лучами. Даже в конвективной зоне, где передача энергии осуществляется движением газов, большая часть энергии переносится излучением.

Таким образом, поверхность Солнца, излучающая энергию в космическое пространство в световом диапазоне спектра электромагнитных волн, - это разряженный слой газов фотосферы и просматривающаяся сквозь нее гранулированная верхняя поверхность слоя непрозрачного газа конвективной области. В целом зернистая структура, или грануляция, признается свойственной фотосфере - нижнему слою солнечной атмосферы.

Расположенный над фотосферой слой, называемый хромосферой, во время полных солнечных затмений в те минуты, когда Луна полностью закрывает фотосферу, виден как розовое кольцо. Окружающий темный диск. На краю хромосферы наблюдаются выступающие как бы язычки пламени - хромосферные спикулы, представляющие собою вытянутые столбики из уплотненного газа. Тогда же можно наблюдать и спектр хромосферы, так называемый спектр вспышки. Он состоит из ярких эмиссионных линий водорода, гелия, ионизованного кальция и других элементов, которые внезапно вспыхивают во время полной фазы затмения. Выделяя излучение Солнца в этих линиях, можно получить в них его изображение.

Солнечные пятна

Еще задолго до изобретения телескопа люди замечали на неярком заходящем Солнце или на Солнце, видимом сквозь легкие облака, темные пятна. Прежде не только не знали, что представляют собой пятна, но и не допускали мысли о том, что пятна находятся на Солнце. Лишь теперь, спустя три с половиной столетия с тех пор, как Галилей доказал, что пятна - это реальные образования на поверхности Солнца, начинает выясняться их физическая природа.

Если рассматривать диск светила через затемненное стекло, то временами в разных местах солнечной поверхности даже невооруженным глазом можно увидеть почти черные образования - пятна. Поперечник этих образований может достигать многих тысяч километров. Они распределяются на фоне видимого диска Солнца неравномерно - то одиночно, то группами. Эти образования непостоянны: они существуют от нескольких часов до нескольких месяцев, а затем исчезают, и вместо них, в других местах, появляются новые пятна.

Центральная часть пятна - ядро (или тень) - окружена волокнистой полутенью. Вблизи края солнечного диска круглое пятно видно как эллиптическое, а совсем близко от края диска - как узкая полоска полутени. Это можно объяснить тем, что пятно представляет собой коническую воронку, глубина которой примерно 300-400 км. Пятна кажутся темными лишь по контрасту с фотосферой. На самом деле температура ядра (самой холодной части пятна) около 4300 К, т. е. выше температуры электрической дуги, на которую, как известно, невозможно смотреть без защитных очков. Линии в спектре пятен заметно расщеплены. Это явление объясняется тем, что вещество пятен подвержено действию сильных магнитных полей.

Пятно в группе, которое располагается первым по направлению вращения Солнца, называется головным, последнее пятно в группе - хвостовым. Головные и хвостовые пятна имеют противоположную полярность, например головные - северный магнитный полюс, а хвостовые - южный, т. е. в целом группа пятен напоминает гигантский магнит. Магнитное поле пятен в тысячи раз превосходит общее магнитное поле Солнца. Поэтому солнечные пятна подобны "магнитным островам" в фотосфере Солнца.

Образующий солнце газ является прекрасным проводником электричества, особенно в центральной области, где условия экстремальны. В целом Солнце обладает единым магнитным полей и, кроме того, локальными полями. Например, вокруг солнечных пятен магнитные поля имеют напряженность в среднем 3000 Э. Например, у Земли магнитное поле слабее: на магнитных полюсах оно имеет напряженность всего 0,6-0,7 Э, а на магнитном экваторе и того меньше - 0.4 Э. Следовательно, оно в7500 раз слабее, чем у солнечных пятен. Температура темных пятен у Солнца на 1000-20000 ниже, чем фотосферы в целом.

В совокупности пятна и их скопления образуют на Солнце активные области. Изменение положения пятен, их количество и подвижность не остаются постоянными. Наиболее известен 11-летний цикл (11,2 года) активности пятен - это осредненный срок, фактически же он колеблется от 7,5 до 16 лет. Например, если в данном 11- летнем цикле все головне пятна групп в северном полушарии Солнца имели северный магнитный полюс, то в следующем цикле северный магнитный полюс будет у хвостовых пятен. Солнечные пятна рассматриваются как углубления, или провалы, в видимой поверхности. Ритм изменения солнечной активности отражается на многих процессах и явлениях земной поверхности и ее атмосферы (солнечные сияния, прохождения радиоволн в верхней атмосфере).

Магнитное поле пятен - одна из наиболее важных характеристик. Именно с магнитным полем связана и причина появления солнечных пятен. Дело в том, что сильное магнитное поле способно замедлить конвекцию плазмы. В местах, где конвекция замедлена, на поверхность поступает меньше энергии, там образуются более холодные и темные участки фотосферы - солнечные пятна.

Если сравнить несколько последовательных фотографий Солнца, то можно заметить, как меняется положение всех пятен на диске. Это происходит из-за вращения Солнца. Солнце вращается не как твердое тело. Пятна, находящиеся вблизи экватора Солнца, опережают пятна, расположенные в средних широтах. Следовательно, скорости вращения разных слоев Солнца различны. Экваториальные области делают один оборот вокруг оси Солнца за 25 земных суток, а области вблизи полюсов Солнца - примерно за 30 суток. Линейная скорость вращения на экваторе Солнца составляет 2 км/с. Наблюдения показывают, что все пятна перемещаются от восточного края к западному. Следовательно, Солнце вращается вокруг своей оси в направлении движения планет вокруг него.

Хромосфера

В моменты полных солнечных затмений хорошо видны внешние области атмосферы Солнца - хромосфера (розового цвета) и серебристо-жемчужная корона. Яркость хромосферы и корон во много раз меньше яркости фотосфер. Из-за рассеяния солнечного света в земной атмосфере эти слабосветящиеся внешние оболочки не удается видеть вне затмения без специальных приспособлений. Хромосфера не имеет резких границ, а представляет собой сочетание множества ярких выступов или языков пламени, находящихся в непрерывном движении. Хромосферу иногда сравнивают с горящей степью. Языки хромосферы называют спикулами. Она имеет в поперечнике от 200 до 2000 км (иногда до 10 000). Их надо представлять себе как врывающиеся из Солнца потоки плазмы (раскаленного ионизированного газа). Хромосфера отличается от фотосфер значительно более неправильной неоднородной структурой. Заметно два типа неоднородностей - яркие и темные. По своим размерам они превышают фотосферные гранулы, достигая 30-50 тыс. км. В целом распределение неоднородностей образует так называемую хромосферную сетку, особенно хорошо заметную в линии ионизованного кальция. Как и грануляция, она является следствием движений газов в подфотосферной конвективной зоне, только происходящих в более крупных масштабах.

Хромосфера простирается до высоты 10-14 тыс. км. Установлено, что переход от фотосфер к хромосфере сопровождается скачкообразным повышением температуры от 5700 К до 8000-10 000 К. К верхней же границе хромосферы, находящейся приблизительно на высоте 14 000 км от поверхности Солнца, температура повышается до 15 000-20 000 К. Плотность вещества на таких высотах составляет всего 10-12г/см3, т. е. в сотни и даже тысячи раз меньше, чем плотность нижних слоев хромосферы.

Со ссылкой на Роберта (США) А. Б. Северный (1956) образование хромосферных спикул описывает так. Отдельная спикула вытягивается из хромосферы вверх приблизительно в течение двух минут и, достигая максимальной высоты, исчезает. Обычная скорость выдвижения спикулы вверх составляет приблизительно 20 км/сек.

Солнечная корона

Самая внешняя и очень разряженная часть солнечной атмосферы - корона, прослеживающаяся от солнечного лимба до расстояний в десятки солнечных радиусов. Некоторые астрономы называют ее атмосферой Солнца. Она имеет температуру около миллиона градусов. Корону можно видеть только во время полного солнечного затмения либо с помощью коронографа - специального телескопа, в фокусе объектива которого ставится зачерненный диск ("искусственная Луна"). Коронографы устанавливают в горах на высоте не ниже 2000 метров над уровнем моря, где солнечное излучение значительно меньше рассеивается земной атмосферой.

Во время полного солнечного затмения вокруг диска Луны, который закрывает от наблюдателя яркую фотосферу, внезапно как бы вспыхивает жемчужное лучистое сияние. Это на несколько десятков секунд становится видимой солнечная корона. Важной особенностью короны является ее лучистая структура. По фотографиям, полученным во время затмений, корону удается проследить на расстоянии до нескольких солнечных радиусов от края Солнца. Отдельные выбросы солнечной плазмы, которые как бы входят в состав сверхкороны Солнца, достигают земной орбиты. После изобретения коронографа солнечную корону стали наблюдать и вне затмения. Общая форма короны меняется с фазами цикла солнечной активности: в годы максимума корона почти сферична, в год минимума она сильно вытянута вдоль экватора. Корона неоднородна: в ней наблюдаются лучи, дуги, отдельные сгущения вещества, полярные "щеточки" (короткие прямые лучи, наблюдаемые у полюсов) и т. д. Детали короны неразрывно связаны с пятнами и факелами, а также с явлениями, происходящими в хромосфере. Все детали короны вращаются с той же угловой скоростью, что и расположенные под ними участки фотосферы.

Корона представляет собою сильно разряженную высокоионизованную плазму с температурой 1-2 млн. градусов. Причина столь большого нагрева солнечной короны связана с волновыми движениями, возникающими в конвективной зоне Солнца.

Цвет короны почти совпадает с цветом излучения всего Солнца. Это связано с тем, что находящиеся в короне свободные электроны, возникающие в результате сильной ионизации газов, рассеивают излучение, приходящее от фотосферы.

Из-за огромной температуры (не менее 106 К) частицы движутся так быстро, что при столкновениях от атомов отлетают электроны, которые начинают двигаться как свободные частиц. В результате этого легкие элементы полностью теряют все свои электроны, так что в короне практически нет атомов водорода и гелия, а есть только протоны и альфа-частицы. Тяжелые элементы теряют до 10-15 внешних электронов.

По этой причине в спектре солнечной короны наблюдаются необычные спектральные линии, которые долгое время, подобно линиям гелия, не удавалось отождествить с известными химическими элементами. Так, например, одна из наиболее ярких корональных линий (зеленая) принадлежит атому железа, лишенному 13 электронов.

Горячая плазма сильно излучает и поглощает радиоволны. Поэтому наблюдаемое солнечное радиоизлучение на метровых и дециметровых волнах возникает в солнечной короне.

Иногда в солнечной короне наблюдаются области пониженного свечения. Их называют корональными дырами. Особенно хорошо эти образования заметны по снимкам в рентгеновских лучах.

Раздел 2. Солнечная активность

Солнечная активность - совокупность явлений, периодически возникающих в солнечной атмосфере (пятна, факелы, протуберанцы, вспышки и др.). Проявления солнечной активности тесно связано с магнитными свойствами солнечной плазмы. Возникновение активной области начинается с постепенного увеличения магнитного потока в некоторой области фотосферы. В соответствующих местах хромосферы вскоре после этого наблюдается увеличение яркости в линиях водорода и кальция. Такие области называются флоккулами. Примерно в тех же участках на Солнце в фотосфере (т. е. несколько глубже) при этом также наблюдается увеличение яркости в белом (видимом) свете - факелы. Увеличение энергии, выделяющейся в области факела и флоккула, является следствием увеличившейся до нескольких десятков эрстед напряженности магнитного поля.

Фотосферные факелы - детали более светлые (а значит, и более горячие), чем фотосфера. Если группа пятен находится вблизи края солнечного диска, то вокруг нее обычно видно множество факелов - факельное поле. Факелы возникают незадолго до появления солнечных пятен и существуют в среднем в три раза дольше пятен. В местах, где наблюдаются факелы, на поверхность Солнца выносится более горячее вещество, чем в других участках фотосферы. Это связано с местным усилением конвекции в подфотосферных слоях. Факелы могут достигать в высоту тысячи и даже десятки тысяч километров.

Хромосферные факелы - наиболее яркие участки хромосферы, расположенные над фотосферными факелами и пятнами.

В хромосфере над факелами располагаются светлые облака - флоккулы. Они имеют по вертикали размеры в тысячи и сотни тысяч километров. Что же касается распространенности их в горизонтальном направлении, то в совокупности они занимают от 10 до 30% площади солнечного диска. Различают флоккулы, образованные преимущественно либо ионизированным водородом, либо кальцием.

Самое мощное проявление солнечной активности - это вспышки. Они происходят в сравнительно небольших областях хромосферы и короны, расположенных над группами солнечных пятен. В ходе развития вспышки сначала увеличивается яркость небольшого участка хромосферы, но затем становится яркой область, охватывающая десятки миллиардов квадратных километров. По своей сути вспышка - это взрыв, вызванный внезапным сжатием солнечной плазмы. Сжатие происходит под давлением магнитного поля и приводит к образованию длинного плазменного жгута или ленты. Длина такого образования составляет десятки и даже сотни тысяч километров. Общее количество энергии, выделяющееся в результате взрыва, может составлять в зависимости от его силы от 1023 до 1026 Дж. Слабые вспышки исчезают через 5-10 минут, а самые мощные продолжаются несколько часов. Небольшие вспышки происходят на Солнце по нескольку раз в сутки, мощные наблюдаются значительно реже.

Мощность энерговыделения 1 г вещества в области вспышки в среднем в 1012 раз больше, чем мощность энерговыделения 1 г вещества всего Солнца. Это говорит о том, что источник энергии вспышек отличается от источника энергии всего Солнца. Хотя детально физические процессы, приводящие к возникновению вспышек, еще не изучены, ясно, что они имеют электромагнитную природу. Основной жгут вспышки обычно располагается вдоль нейтральной линии магнитного поля - направления, разделяющего области различной полярности. При некоторых условиях возникает неустойчивость, магнитные поля вблизи нейтральной линии сильно сближаются, сливаются и нейтрализуются (аннигилируют). При этом энергия магнитного поля переходит в другие формы: в излучение, тепло и кинетическую энергию движущихся газов. В электромагнитное излучение переходит примерно половина всей энергии. Это излучение может наблюдаться в видимых, ультрафиолетовых, рентгеновских лучах и даже гамма-лучах. Особенно много энергии излучается в красной спектральной линии водорода, в которой вспышки чаще всего и наблюдают при помощи узкополосных светофильтров. Энергия, излучаемая вспышкой в коротковолновой области спектра, состоит из ультрафиолетовых и рентгеновских лучей. Эти лучи испускаются очень сильно ионизованными атомами. Например, во время некоторых вспышек наблюдалось рентгеновское излучение, характерное для атомов железа, лишенного 25 электронов, которое, по сути дела, представляет собой атомное ядро, обладающее подобно водороду, только одним электроном!

Другая половина энергии вспышки идет на ускорение, иногда до релятивистских скоростей, элементарных частиц, главным образом электронов и протонов. Поток таких частиц добавляется во время вспышек к общему потоку космических лучей, наблюдаемый вблизи Земли. Сталкиваясь с другими атомами, энергичные ядра вызывают их необычайно сильную ионизацию, а в некоторых случаях проникают даже через электронные оболочки атомов и приводят к ядерным превращениям, сопровождающимся испусканием гамма-квантов. Как и всякий сильный взрыв, вспышка порождает ударную волну, распространяющуюся как вверх в корону, так и горизонтально вдоль поверхностных слоев солнечной атмосферы. Излучение солнечных вспышек оказывает особо сильное воздействие на верхние слои земной атмосферы и ионосферу и приводит к возникновению целого комплекса геофизических явлений.

Наиболее грандиозными образованиями в солнечной атмосфере являются протуберанцы - сравнительно плотные облака газов, возникающие в солнечной короне или выбрасываемые в нее из хромосферы. Типичный протуберанец имеет вид гигантской светящейся арки, опирающейся на хромосферу и образованной струями и потоками более плотного и холодного, чем окружающая корона, вещества. Иногда это вещество удерживается прогнувшимися под его тяжестью силовыми линиями магнитного поля, а иногда медленно стекает вдоль магнитных силовых линий.

Области на Солнце, в которых наблюдаются интенсивные проявления солнечной активности, называются центрами солнечной активности.

С помощью кинематографического метода удалось с большой детальностью исследовать их движения. Установлены некоторые типичные метаморфозы этих образований. Раньше считалось, что протуберанцы - это выбросы Солнца, т. е. они имеют движение снизу вверх. Теперь обнаружены и многие другие формы их движения. Например, есть протуберанцы, зарождающиеся в верхней атмосфере Солнца, в короне, и движущиеся сверху вниз - к солнечной поверхности, в область солнечных пятен. Нередки движения от одного протуберанца к другому, т. е. параллельно поверхности солнечного диска. В движении газов наблюдается образование струй и узлов, и когда они опускаются, то как бы притягиваются определенным центром или несколькими центрами.

Исследования протуберанцев кинематографическим методом, проведенные А. Б. Северным и В. Л. Хохловой, позволили выявить некоторую упорядоченность их движений. Различные виды протуберанцев можно свести к трем основным типам движения.

Пожалуй, наиболее характерными являются так называемые эруптивные протуберанцы. Такие газовые образования в течение нескольких дней могут иметь вид спокойного облака, или длинной струи дыма, или, наконец, арки. На этой стадии внутри протуберанца никаких заметных движений нет. Но затем они переходят в фазу бурного развития, когда возникают вихревые вращения всего протуберанца или поднимается одно из колен арки. Эти перестройки осуществляются быстро - в течение нескольких минут. Протуберанец начинает растягиваться, подниматься. Происходит как бы замедленный взрыв. Яркость его увеличивается, а потом сразу же ослабевает. При таких вспышках или взрывах движение протуберанца имеет в общем радиальное от Солнца направление и может достигать высоты, равной диаметру Солнца, а скорости движений могут измеряться сотнями километров в секунду. Достигая кульминационной высоты, такой протуберанец начинает распадаться - от него отделяются узлы и струи, которые почти отвесно падают вниз на поверхность Солнца. Весь процесс развития взрывного протуберанца продолжается не больше получаса, после чего все признаки его существования исчезают. Часть его вещества поднимается вверх, темнеет и перестает быть видимой. Пока не удалось установить, выбрасывается ли вещество в межпланетное пространство или остается в верхней атмосфере Солнца. Дело в том, что максимальная установленная скорость роста эруптивного протуберанца составляет 700 км/сек, а параболическая скорость в верхней атмосфере Солнца равняется только 450 км/сек (на высоте радиуса Солнца от его поверхности). Следовательно, вещество эруптивного протуберанца может выбрасываться в межпланетное пространство.

Эруптивные протуберанцы - явления относительно редкие, на их долю приходится всего на 10-15% всех случаев образования протуберанцев.

Ко второму типу относятся протуберанцы, приуроченные к областям солнечных пятен. Для таких протуберанцев свойственно движение газовых струй и узлов по определенным искривленным траекториям, напоминающие силовые линии некоторых магнитных полей. Другими словами, наблюдается в какой-то степени упорядоченность движений этих газовых скоплений, приуроченность их к своеобразным каналам или путям, масса протуберанца не растекается. Иногда узлы и струи движутся по круговым путям: от поверхности Солнца к верхней атмосфере - одна ветвь и в обратном направлении - другая. Чаще происходит движение от коронарных облаков к поверхности Солнца. Имеются случаи появления в солнечной короне светящейся точки, быстро развивающейся в сложный протуберанец, который распространяется вниз, к поверхности Солнца, и в этом направлении сильно увеличивается в размерах и приобретает форму подобия облака. Скорости движения газовых сгустков в этих протуберанцах меньше, чем у эруптивных, они составляют всего десятки - первые сотни километров в секунду.

К третьему типу относятся многочисленные протуберанцы без упорядоченных движений, т. е. хаотическими движениями. Они претерпевают непрерывные изменения отдельных узлов, газовых струй и конфигураций в их совокупности. В протуберанцах исчезают и появляются новые узлы и струи, испытывающие то сжимание, то растяжение. В общем, для таких протуберанцев свойственны большие размеры; высота их может достигать 150 тыс. км. На солнечном диске протуберанцы видны как светлые струи, нередко они напоминают воздушные вихри земных циклонов. До сих пор недостаточно раскрыта физическая сущность явлений протуберанцев. Очевидно, что неупорядоченные движения газовых масс протуберанцев объясняются неравномерностью теплового поля солнечной атмосферы и, следовательно, различной степенью ионизации ее газов, непостоянство магнитного поля, давления света и другими факторами. Можно лишь с уверенностью утверждать , что физические процессы на поверхности Солнца и в его атмосфере имеют совершенно особый, несравнимый с процессами на Земле характер, что исключает возможность сопоставления их между собой. Но в целом, как Земля, так и планеты реагируют на них, что и представляет для нас интерес.

Общая активность Солнца, характеризуемая количеством и силой проявления центров солнечной активности, периодически изменяется. Существует множество различных способов количественно оценивать уровень солнечной активности. Обычно пользуются наиболее простым и раньше всех введенным индексом солнечной активности - числами Вольфа W. Числа Вольфа пропорциональны сумме полного числа пятен, наблюдаемых в данный момент на Солнце (f), и удесятеренного числа групп, которые они образуют (g).

Таким образом,

W=k(f+10g),

где k - коэффициент, учитывающий качество инструмента и производимых с его помощью наблюдений.

Раздел 3. Значение Солнца в жизни Земли

Солнце освещает и согревает нашу планету, без этого была бы возможна

жизнь на ней не только человека, но даже микроорганизмов. Солнце - главный

(хотя и не единственный) двигатель происходящих на Земле процессов. Но не

только тепло и свет получает Земля от Солнца. Различный виды солнечного

излучения и потоки частиц постоянно оказывают влияние на жизнь нашей

планеты.

Солнце посылает на Землю электромагнитные волны всех областей спектра -

от многокилометровых радиоволн до гамма-лучей. Окрестностей Земли достигают

также заряженные частицы разных энергий - как высоких (солнечные

космические лучи), так и низких и средних (потоки солнечного ветра, выбросы

от вспышек). Наконец, Солнце испускает мощный поток элементарных частиц -

нейтрино. Однако воздействие последних на земные процессы пренебрежимо

мало: для этих частиц земной шар прозрачен, и они свободно пролетают сквозь

него.

Только очень малая часть заряженных частиц из межпланетного пространства

попадает в атмосферу Земли - остальные отклоняет иди задерживает

геомагнитное поле. Но и их энергии достаточно для того, чтобы вызвать

полярные сияния и возмущения магнитного поля нашей планеты.

Энергия солнечного света

Электромагнитное излучение подвергается строгому отбору в земной

атмосфере. Она прозрачна только для видимого света и ближних

ультрафиолетового и инфракрасного излучений, а также для радиоволн в

сравнительно узком диапазоне (от сантиметровых до метровых). Все остальное

излучение либо отражается, либо поглощается атмосферой, нагревая и ионизуя

ее верхние слои.

Поглощение рентгеновских и жестких ультрафиолетовых лучей начинается на

высотах 300 - 350 километров; на этих же высотах отражаются наиболее

длинные радиоволны, приходящие из космоса. При сильных всплесках солнечного

рентгеновского излучения от хромосферных вспышек рентгеновские кванты

проникают до высот 80 - 100 километров, ионизуют атмосферу и вызывают

нарушение связи на коротких волнах.

Мягкое (длинноволновое) ультрафиолетовое излучение способно проникать еще

глубже, оно поглощается на высоте 30 - 35 километров. Здесь

ультрафиолетовые кванты разбиваются на атомы (диссоциируют) молекулы

кислорода (О2) с последующим образование озона (03). Тем самым создается не

прозрачный для ультрафиолета "озонный экран", предохраняющий жизнь на Земле

для гибельных лучей. Не поглотившаяся часть наиболее длинноволнового

ультрафиолетового излучения доходит до земной поверхности. Именно эти лучи

и вызывают у людей загар и даже ожоги кожи при длительном пребывании на

солнце.

Излучение в видимом диапазоне поглощается слабо. Однако оно рассеивается

атмосферой даже в отсутствие облаков, и часть его возвращается в

межпланетное пространство. Облака, состоящие из капелек воды и твердых

частиц, значительно усиливают отражение солнечного излучения. В результате

до поверхности планеты доходит в среднем около половины падающего на

границу земной атмосферы света.

Количество солнечной энергии, приходящейся на поверхность площадью 1 м2,

развернутую перпендикулярно солнечным лучам на границе земной атмосферы,

называется солнечной постоянной. Измерять ее с Земли очень трудно, и потому

значения, найденные для начала космических исследований, были весьма

приблизительными. Небольшие колебания (если они реально существовали)

заведомо "тонули" в неточности измерений. Лишь выполнение специальной

космической программы по определению солнечной постоянной позволило найти

ее надежное значение. По последним данным, оно составляет 1370 Вт/м2 с

точностью до 0,5%. Колебании, превышающих 0,2% за время измерений не

выявлено.

На Земле излучение поглощается сушей и океаном. Нагретая Земля

поверхность в свою очередь излучает в длинноволновой инфракрасной области.

Для такого излучения азот и кислород атмосферы прозрачны. Зато оно жадно

поглощается водяным паром и углекислым газом. Благодаря этим малым

составляющим воздушная оболочка удерживает тепло. В этом и заключается

парниковый эффект атмосферы. Между приходом солнечной энергии на Землю и ее

потерями на планете в общем существует равновесие: сколько поступает,

столько и расходуется. В противном случае температура земной поверхности

вместе с атмосферой либо постоянно повышалась бы, либо падала.

Солнечный ветер и межпланетные магнитные поля

В конце 50-х годов ХХ века американский астрофизик Юджин Паркер пришел к

выводу, что, поскольку газ в солнечной короне имеет высокую температуру,

которая сохраняется с удалением от Солнца, он должен непрерывно

расширяться, заполняя Солнечную систему. Результаты, полученные с помощью

советских и американских космических аппаратов подтвердили правильность

теории Паркера.

В межпланетном пространстве действительно мчится направленный от Солнца

поток вещества, получивший название солнечный ветер. Он представляет собой

продолжение расширяющейся солнечной короны; составляет его в основном ядра

атомов водорода (протоны) и гелия (альфа-частицы), а также электроны.

Частицы солнечного ветра летят со скоростями, составляющие несколько сот

километров в секунду, удаляясь от Солнца на многие десятки астрономических

единиц - туда, где межпланетная среда Солнечной системы переходит в

разреженный межзвездный газ. А вместе с ветром в межпланетное пространство

переносятся и солнечные магнитные поля.

Общее магнитное поле Солнца по форме линий магнитной индукции немного

напоминает земную. Но силовые линии земного поля близ экватора замкнуты и

не пропускают направленные к Земле заряженные частицы. Силовые линии

солнечного поля, напротив, в экваториальной области разомкнуты и

вытягиваются в межпланетное пространство, искривляясь подобно спиралям.

Объяснятся это тем, что силовые линии остаются связанными с Солнцем,

которое вращается вокруг своей оси. Солнечный ветер вместе с "вмороженным"

в него магнитным полем формирует газовые хвосты комет, направляя их в

стороны от Солнца. Встречая на своем пути Землю, солнечный ветер сильно

деформирует ее магнитосферу, в результате чего наша планета обладает

длинным магнитным "хвостом", также направленным от Солнца. Магнитное поле

Земли чутко отзывается на обдувающие ее потоки солнечного вещества.

Бомбардировка энергичными частицами

Помимо непрерывно "дующего" солнечного ветра наше светило служит

источником энергических заряженных частиц (в основном протонов, ядер атомов

гелия и электронов) с энергией 106 - 109 электронвольт (эВ). Их называют

солнечными космическими лучами. Расстояние от Солнца до Земли - 150

миллионов километров - наиболее энергичные из этих частиц покрывают всего

за 10 - 15 минут. Основным источником солнечных космических лучей являются

хромосферные вспышки.

По современным представлениям вспышка - это внезапное выделение энергии,

накопленной в магнитном поле активной зоны. На определенной высоте над

поверхностью Солнца возникает область, где магнитное поле на небольшом

протяжении резко меняется по величине и направлению. В какой-то момент

силовые линии поля внезапно "пересоединяются", конфигурация его резко

меняется, что сопровождается ускорением заряженных частиц до высокой

энергии, нагревом вещества и появлением жесткого электромагнитного

излучения. При этом происходит выброс частиц высокой энергии в межпланетное

пространство и наблюдается мощное излучение в радиодиапазоне.

Хотя "принцип действия" вспышки ученые, по-видимому, поняли правильно,

детальной теории вспышек пока нет.

Вспышки - самые мощные взрывоподобные процессы, наблюдаемые на Солнце,

точнее в его хромосфере. Они могут продолжаться всего несколько минут, но

за это время выделяется энергия, которая иногда достигает 1025 джоулей.

Примерно такое же количество тепла проходит от Солнца на всю поверхность

нашей планеты за целый год.

Потоки жесткого рентгеновского излучения и солнечных космических лучей,

рождающиеся при вспышках, оказывают сильное влияние на физические процессы

в верхней атмосфере Земли и околоземном пространстве. Если не принять

специальных мер, могут выйти из строя сложные космические приборы и

солнечные батареи. Появляется даже серьезная опасность облучения

космонавтов, находящихся на орбите. Поэтому в разных странах проводятся

работы по научному предсказанию солнечных вспышек на основании измерения

солнечных магнитных полей.

Как и рентгеновские излучение, солнечные космические лучи не доходят до

поверхности Земли, но могут ионизовать верхние слои ее атмосферы, что

сказывается на устойчивости радиосвязи между отдаленными пунктами. Но

действие частиц этим не ограничивается. Быстрые частицы вызывают сильные

токи в земной токи в земной атмосфере, приводят в возмущению магнитного

поля нашей планеты и даже влияют на циркуляцию воздуха в атмосфере.

Наиболее ярким и впечатляющим проявлением бомбардировки атмосферы

солнечными частицами является полярное сияние. Это свечение в верхних слоях

атмосферы, имеющее либо размытые (диффузные) формы, либо вид корон или

занавесей (драпри), состоящих из многочисленных отдельных лучей. Сияние

обычно бывают красного или зеленого цвета: именно так светятся основные

составляющие атмосферы - кислород и азот - при облучении их энергичными

частицами. Зрелище бесшумно возникающих красных и зеленых полос и лучей,

беззвучная игра цветов, медленная или почти мгновенное угасание

колеблющихся "занавесей" оставляют незабываемое впечатление. Подобные

явления лучше всего видны вдоль овала полярных сияний, расположенного между

10° и 20° широты от магнитных полюсов. В период максимумов солнечной

активности Северного полушария овал смещается к югу, и сияние можно

наблюдать в более низких широтах.

Частота и интенсивность полярных сияний достаточно четко следуют

солнечному циклу: в максимуме солнечной активности редкий день обходится

без сияний, а в минимуме они могут отсутствовать месяцами. Наличие или

отсутствие полярных сияний, таким образом, служит неплохим показателем

активности Солнца. И это позволяет проследить солнечные циклы в прошлом, за

пределами того исторического периода, когда проводились систематические

наблюдения солнечных пятен.

Активность Солнца и здоровье людей

Александр Леонидович Чижевский внес большой вклад в изучение влияние

Солнца на возникновение эпидемических заболеваний. Результаты этих

исследований имеют особую ценность: ведь он работал с материалом тех эпох,

когда медицина еще не умела бороться ни с чумой, ни с холерой, ни с тифом.

Стихийный характер возникновения и распространения эпидемий давал надежду

выявить их взаимосвязь с солнечной активностью "в чистом виде" На обширном

материале ученый показал, что самые сильные и смертоносные эпидемии всегда

совпадали с максимумами солнечной активности. Такая же закономерность была

обнаружена для заболеваний дифтерией, менингитом, полиомиелитом,

дизентерией и скарлатиной.

А в начале 60-х годов появились научные публикации о связи сердечно-

сосудистых заболеваний с солнечной активностью. В них было показано, что

наиболее подвержены солнечному воздействию люди, уже перенесшие один

инфаркт. При этом выяснилось, что их организм реагирует не на абсолютное

значение уровня активности, а на скорость его изменения.

В ряду многообразных проявлений солнечной активности особое место

занимают хромосферные вспышки. Эти мощные взрывные процессы существенно

влияют на магнитосферу, атмосферу и биосферу Земли. Магнитное поле Земли

начинает беспорядочно меняться, и это является причиной магнитных бурь.

В 30-х годах ХХ столетия в городе Ницце (Франция) случайно было замечено,

что число инфарктов миокарда и инсультов у пожилых людей резко возрастает в

те дни, когда на местной телефонной станции наблюдались сильные нарушения

связи вплоть до полного ее прекращения. Как впоследствии выяснилось,

нарушения телефонной связи были вызваны магнитными бурями.

Сведения о влиянии магнитного поля на организм человека имелись и в

глубокой древности. Лечебные свойства магнита описывали Аристотель и Плиний

Старший, Парацельс и Вильям Гилберт. Сейчас установлено, что магнитное поле

прежде всего влияет на регуляторные системы организма (нервную, эндокринную

и кровеносную). Его воздействие затормаживает условные и безусловные

рефлексы, меняет состав крови. Такая реакция на магнитное поле объясняется

в первую очередь изменением свойств водных растворов в организме человека.

В 1934 году английские ученые Джон Бернал и Ральф Фаулер высказали

гипотезу, что вода может проявлять свойства, присущие твердым кристаллам.

Впоследствии эта гипотеза была экспериментально доказана, а в наше время

жидкие кристаллы широко распространены в быту: они применяются в

электронных часах, калькуляторах пейджерах и других устройств (недавно

появились жидкокристаллические мониторы). В обычных условиях

кристаллическая структура воды крайне неустойчива и слабо себя проявляет.

Но если воду пропустить через постоянное магнитное поле, эта структура

становится заметной, а сама вода приобретает ряд необычных свойств. Так,

"намагниченная" вода дает гораздо меньше накипи, изменяется ее

диэлектрическая проницаемость, она иначе поглощает свет, а прорастание

семян и рост растений, обработанных такой водой, происходит гораздо

быстрее.

В любом живом организме более 70% воды, которая составляет неотъемлемую

часть клеток и тканей. Если предположить, что для "намагничивания" воды

внутри организма достаточно даже относительно слабого поля Земли, то в

периоды магнитных бурь следует ожидать резкого изменения процессов

жизнедеятельности. Поскольку эти процессы протекают на клеточном уровне, магнитная буря будет вызывать изменения в поведении всего живого, начиная с

человека и кончая микробом. Вот почему в годы активного излучения Солнца

могут проходить столь несхожие события, как Варфоломеевская ночь или опустошительные набеги саранчи.

Заключение

Солнце освещает и согревает нашу планету, без этого была бы невозможна жизнь на ней не только человека, но даже микроорганизмов. Солнце - главный (хотя и не единственный) двигатель происходящих на Земле процессов. Но не только тепло и свет получает Земля от Солнца. Различные виды солнечного излучения и потоки частиц оказывают постоянное влияние на её жизнь.

Солнце посылает на Землю электромагнитные волны всех областей спектра - от многокилометровых радиоволн до гамма-лучей. Окрестностей Земли достигают также заряжённые частицы разных энергий - как высоких (солнечные космические лучи), так и низких и средних (потоки солнечного ветра, выбросы от вспышек). Наконец, Солнце испускает мощный поток элементарных частиц - нейтрино. Однако воздействие последних на земные процессы пренебрежимо мало: для этих частиц земной шар прозрачен, и они свободно сквозь него пролетают.

Только очень малая часть заряженных частиц из межпланетного пространства попадает в атмосферу Земли (остальные отклоняет или задерживает геомагнитное поле). Но их энергии достаточно для того чтобы вызвать полярные сияния и возмущения магнитного поля нашей планеты, все это неизбежно влияет на все живое и возможно неживое на планете Земля.

Список использованных источников

1.Энциклопедический словарь юного астронома. Сост. Н.П. Ерпылев. Издательство "Педагогика" 1986 г.

2.Голубая планета. А. Е. Криволуцкий. Издательство "Мысль"1985г.

3.Семья Солнца: Планеты и спутники Солнечной системы. Ф. Л. Уипл Перевод на русский язык издательство "Мир" 1984г.

4.Земля и космос. Лаура Хауэлл, Кирстин Роджерс, Коринн Хендерсон. Пер. с англ. С. В. Черняева, А. В. Мухина, Е. А. Доронина. Издательство "РОСМЭН-ПРЕСС".

5.Астрономия 11 класс. Е. П. Левитан. Издательство "Просвещение" 2002г.

6.Чижевский А.Л. "Земное эхо солнечных бурь": М., Мысль 1976г.

7.Мирошниченко Л.И. "Солнечная активность и земля": М., Наука 1981г.

8. Широкова Е. "В плену солнечных бурь" // Камчатское Время 26.04.2001г.

9. Кауров Э. "Человек, Солнце и Магнитные Бури" // "Астрономия" РАН.

10. Короновский Н.В. "Магнитное поле геологического прошлого земли" // СОЖ, 1996г. №6

Воронов, Гречнева "Основы современного естествознания": М. Учебное пособие.

13

Показать полностью… https://vk.com/doc194874879_290968731
67 Кб, 20 апреля 2014 в 16:32 - Россия, Москва, ГЭИ, 2014 г., docx
Рекомендуемые документы в приложении