Документ взят из кэша поисковой машины. Адрес оригинального документа : http://www.abitu.ru/en2002/closed/viewwork.html?work=140 Дата изменения: Fri May 5 15:25:45 2006 Дата индексирования: Tue Oct 2 02:32:44 2012 Кодировка: koi8-r Поисковые слова: rocket

Солнце и его активность



























Автор работы:


Соловьев Михаил Михайлович


11 В класс


средняя школа ?40


г. Ульяновск


sim_86@mail.ru





Научный руководитель:


Гурина Роза Викторовна




Содержание


Общие сведения
..........................................................................
2


Энергия солнечного света
.................................................................... 3


Функция светимости Солнца
................................................................ 3


Солнечный ветер
..........................................................................
4


Солнечные пятна
....................................................................... 5


Под солнечным пятном
............................................................................
... 5


Циклы солнечной активности
............................................................... 6


Эруптивный протуберанец на Солнце
........................................................ 7


Мои
выводы......................................................................
.... 8


Использованная литература
.............................................................. 8


Общие сведения

Солнце играет исключительную роль в жизни Земли. Весь органический мир
нашей планеты обязан Солнцу своим существованием. Солнце - не только
источник света и тепла, но и первоначальный источник многих других видов
энергии (энергии, нефти, угля, воды, ветра).
Издавна у разных народов Солнце было объектом поклонения. Его считали
самым могущественным божеством. Сейчас уже ушло в прошлое религиозное
поклонение древнему светилу. Ученые исследуют природу Солнца, выясняют его
влияние на Землю, работают над проблемой применения практически
неиссякаемой солнечной энергии.
Солнце - это наша звезда. Изучая Солнце, мы узнаем о многих явлениях и
процессах, происходящих на других звездах. Его размеры просто огромны:
масса Солнца = 1.989.000.000.000.000.000.000.000.000.000 кг (1,989.1030
кг), что в 327000 раз более массы Земли. Температура поверхности = 6058(С,
а температура в центре = 15.600.000(С. Диаметр 1.392.000 км, в 109 раз
больше земного, поверхность в 11900 раз, объем в 1297000 раз более Земли.
Средняя плотность Солнца равна 0,253 плотности Земли или 1,41 плотности
воды. Средняя величина расстояния от Земли равна 149 миллионов км, свет
проходит это расстояние в 489 сек. Солнце движется вокруг своей оси с
запада на восток, делая полный оборот в 25-28 суток, и имеет поступательное
движение вместе со всей системой со скоростью 25 км/сек.
Солнце, центральное светило планетной системы, к которой принадлежит
Земля, источник света и тепла для всей системы. Благодаря исходящей из
Солнца энергии (притяжение, химические лучи, электромагнетизм, свет и
тепло), оно является центром, очагом всего планетного мира, источником его
существования и жизни на нем. Земле достается лишь 1/101 всей энергии,
лучеиспускаемой Солнцем в пространство. Одна тепловая энергия, получаемая
Землей, составляет 100 миллионов килограммометров в год на каждый фут
поверхности. Поверхность Солнца не равномерна по блеску, на ней наблюдаются
яркие крупинки (гранулы) в массе менее светлой. Совокупность светящихся
крупинок называется фотосферой (представляющей газообразную оболочку
Солнца, на фотосфере различают темные точки (поры), большие темные
пространства, солнечные пятна) и очень яркие полосы (факелы). Указанные
явления на поверхности Солнца объясняются строением раскаленной
газообразной оболочки Солнца. Число пятен подлежит правильному
периодическому колебанию на протяжении 10 лет. Вокруг фотосферы находится
внешняя оболочка Солнца, называемая хромосферой; из нее исходят как языки
пламени карминового цвета выступы (протуберанцы), состоящие из раскаленных
газов, главным образом, водорода. Хромосфера наблюдается лишь при полном
затмении Солнца, в виде кольца около темного диска луны, это кольцо
называется короной Солнца. В остальное время хромосфера и выступы
затмеваются блеском фотосферы. Обо всем этом и многом другом более подробно
далее.

Энергия солнечного света

Электромагнитное излучение подвергается строгому отбору в земной
атмосфере. Поглощение рентгеновских и жестких ультрафиолетовых лучей
начинается на высотах 300-500 километров; на этих же высотах отражаются
наиболее длинные радиоволны, приходящие из космоса. При сильных всплесках
солнечных от хромосферных вспышек рентгеновские кванты проникают до высот
80-100 километров от поверхности Земли, ионизируют 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 разбивают на атомы (диссоциируют) молекулы
кислорода (О2) с последующим образованием озона (О3). Тем самым создается
не прозрачный для ультрафиолета «озоновый экран», предохраняющий жизнь на
Земле от гибельных лучей. Не поглотившаяся часть наиболее длинноволнового
ультрафиолетового излучения доходит до земной поверхности. Именно эти лучи
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, приходящей на поверхность площадью 1 м2,
развернутую перпендикулярно солнечным лучам на границе земной атмосферы,
называется солнечной постоянной. Измерить ее с Земли очень трудно, и потому
значения, найденные до 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%. Колебаний, превышающих 0,2% за время измерений не
выявлено.
На Земле излучение поглощается сушей и океанами. Нагретая земная
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.

Функция светимости Солнца

Светимости функция, эмпирическая зависимость, характеризующая
распределения звезд по светимостям (или по абсолютным звездным величинам).
Светимость j(M) позволяет вычислить долю N звезд, находящихся в некотором
объеме пространства и имеющих абсолютные звездные величины, заключенные в
пределах от M до M+dM. Иногда функцией светимости называют функцию
Ф(М)=D(r)j(M), позволяющую вычислить абсолютное число звезд заданной
звездной величины, входящих в единицу объема (обычно 103 nc3); здесь D(r) -
плотность распределения звезд в пространстве. В некоторых случаях
рассматривают светимость для звезд различных спектральных классов.
Разработаны различные методы определения светимости функции, при этом
основной трудностью является введение поправок, учитывающих неполноту
используемых сведений о звездах. Функцию j(M) можно определить, выделяя
число звезд до некоторой видимой звездной величины и определяя для каждой
звезды тем или иным методом абсолютную звездную величину M. При этом
принимают во внимание, что звезды различной светимости находятся на разном
расстоянии от наблюдателя и т.о. входят в разные объемы пространства. Если
для определения j(M) использовать все известные звезды в пределах одного и
того же расстояния, то влияние селекции будет меньше, но этот метод не
позволяет определить плотность звезд высокой светимости, так как мала
вероятность их попадания в небольшой объем (поперечником менее 10 nc), а
только в пределах такого расстояния от Солнца можно считать известными все
звезды. Косвенный метод определения светимости основан на статической
зависимости между параллаксами, собственными движениями и видимыми
звездными величинами. Этот метод определения светимости функции впервые
применен Я.Каптейном в 1902 году, а затем неоднократно использовался
другими исследователями. Эта функция обладает заметной асимметрией;
сначала, по мере перехода к звездам меньшей светимости, она возрастает,
достигает максимума при M= +15, а затем начинает быстро убывать. Однако это
убывание, по-видимому, является результатом неполноты знаний звезд малой
светимости.
Вид светимости зависит от состава «звездного населения» и различен для
разных частей Галактики. Знание о функции светимости позволяет оценить на
основе зависимости «масса - светимость» полную массу звезд в Галактике, а
также, решая интегральные уравнения звездной статистики, определить
звездную плотность.

Солнечный ветер

Раньше считалось, что магнитное поле Земли представляет собой поле
магнитного диполя (неразделимая совокупность двух магнитных полюсов,
находящихся на некотором расстоянии друг от друга), которое существует во
всем пространстве и исчезает лишь при бесконечно большом удалении от
планеты. Но в конце 50-х годов XX века американский астрофизик Юджин Паркер
пришел к выводу, что, поскольку газ в солнечной системе 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.
Поток заряженных частиц, непрерывно испускаемых Солнцем, - солнечный
ветер - это водородная плазма с концентрацией около 10 частиц/см3, которая
тоже находится в состоянии плазмы с плотностью 100 частиц/см3. Солнечный
ветер представляет собой продолжение расширяющейся солнечной кроны;
составляют его в основном ядра атомов водорода (протоны) и гелия (альфа-
частицы), а также электроны. Частицы солнечного ветра летят со скоростями
300-500 км/сек, удаляясь от Солнца на многие десятки астрономических единиц
- туда, где межпланетная среда Солнечной системы переходит в разряженный
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 земное. 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.
Объясняется 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
сторону от Солнца. Встречая на своем пути Землю, солнечный ветер сильно
деформирует ее магнитосферу, в результате чего наша планета обладает
длинным магнитным «хвостом», также направлены от Солнца. Магнитное поле
Земли чутко отзывается на обдувающие ее потоки солнечного вещества.
При обтекании солнечным ветром магнитного поля Земли образуется
ударная волна, поэтому форма силовых линий магнитного поля на расстояниях,
примерно равных семи-восьми радиусам Земли, существенно отличается от
дипольной. Геомагнитное поле образует так называемую магнитосферу (область
околопланетного пространства, физические свойства которой определяются
магнитным полем планеты и его взаимодействием с солнечным ветром). С
дневной стороны солнечный ветер ее «сжимает», а с ночной - «вытягивает».
Возникает весьма длинный «хвост», начинающийся на расстоянии около десяти
радиусов Земли.

Солнечные пятна

Солнечные пятна - это темные образования на диске Солнца. В телескоп
видно, что крупные пятна имеют довольно сложное строение: темную область
тени окружает полутень, диаметр которой более чем в два раза превышает
размер тени. Если пятно наблюдается на краю солнечного диска, то создается
впечатление, что оно похоже на глубокую тарелку. Происходит это потому, что
газ в пятнах прозрачнее, чем в окружающей атмосфере, и взгляд проникает
глубже.
По величине пятна бывают различными - от малых, диаметром примерно
1000-2000 км, до гигантских, значительно превышающих размеры нашей планеты.
Отдельные пятна могут достигать в поперечнике 40 тысяч километров. А самое
большое из наблюдавшихся пятен достигало 100 тысяч километров.
Установлено, что пятна - это места выхода в солнечную атмосферу
сильных магнитных полей. Магнитные поля уменьшают поток энергии, идущих от
недр светила к фотосфере, поэтому в месте их выхода на поверхность
температура падает. Пятна холоднее окружающего их вещества примерно на 1500
К, а, следовательно, и менее ярки. Вот почему на общем фоне они выглядят
темными.
Солнечные пятна часто образуют группы из нескольких больших и малых
пятен, и такие группы могут занимать значительные области на солнечном
диске. Картина группы все время меняется, пятна рождаются, растут и
распадаются. Живут крупные пятна долго, иногда на протяжении двух или трех
оборотов Солнца (период вращения Солнца составляет примерно 27 суток).

Под солнечным пятном

Как уже говорилось, солнечными пятнами называется сравнимые по
размерам с планетами темные области на поверхности Солнца, где отмечается
высокая напряженность магнитного поля. Но что находится под ними? Используя
результаты наблюдений, проведенных с использованием Michelson Doppler
Imager (MDA) - прибора, установленного на борту космической обсерватории
SOHO, астрономы получили и смогли построить эту чрезвычайно интересную
диаграмму, изображающую потоки вещества, показанные на рисунке 1 черными
стрелками.
[pic]
Рис.1.
Сходящиеся и уходящие вниз потоки затягивают вещество с поверхности в
глубину, препятствуя удалению друг от друга областей сильного магнитного
поля, отталкивающихся подобно полюсам обычных железных магнитов. Такая
конфигурация потоков отличается от обычного течения плазмы под действием
тепла, поступающего из внутренних областей Солнца, и создает
самоподдерживающееся солнечное пятно. Прибор MDI исследует свойства и
поведение вещества внутри солнца, регистрируя движения, производимые
звуковыми колебаниями, когда они достигают солнечной поверхности.

Циклы солнечной активности

Число пятен на диске Солнца не является постоянным, оно меняется как
день ото дня, так и в течение более длительных промежутков времени.
Немецкий астроном-любитель Генрих Швабе, который 17 лет вел систематические
наблюдения солнечных пятен, заметил; их количество убывает от максимума к
минимуму, а затем увеличивается до максимального значения за период около
10 лет. При этом в максимуме на солнечном диске можно видеть 100 и более
пятен, тогда как в минимуме - всего несколько, а иногда в течение целых
недель не наблюдалось ни одного. Сообщение о своем открытии Швабе
опубликовал в 1843 году.
Швейцарский астроном Рудольф Вольф уточнил, что средний период
изменения числа пятен составляет не 10, а 11 лет. Он же предложил для
количественной оценки активности Солнца использовать условную величину,
называемую с тех пор числом Вольфа (изменение числа Вольфа в зависимости от
времени представлено на рис.4). Оно определяется как сумма общего
количества пятен на Солнце (f) и удесятеренного числа групп пятен (g),
причем изолированное одиночное пятно тоже считается группой:
W=f+10.g.
Цикл солнечной активности называют 11-летним во всех учебниках и
популярных книгах по астрономии. Однако Солнце любит поступать по-своему.
Так, за последние 50 лет промежуток между максимумами составляет в среднем
10,4 года. Вообще же за время регулярных наблюдений Солнца указанный период
менялся от 7 до 17 лет. И это еще не все. Проанализировав наблюдения пятен
с начала телескопических исследований, английский астроном Уолтер Маундер в
1893 году пришел к выводу, что с 1645 по 1715 года на Солнце вообще не было
пятен! Это заключение подтвердилось в последующих работах; мало того,
выяснилось, что подобные «отпуска» Солнце брало и в более далеком прошлом.
Кстати, именно на «маундеровский минимум» пришелся период самых холодных
зим в Европе за последнее тысячелетие.
На этом сюрпризы солнечных циклов не кончаются. Ведущее пятно в группе
(первое по направлению вращения Солнца) обычно имеет одну полярность
(например, северную), а замыкающее - противоположную (южную), и это
выполняется для всех групп пятен в одном полушарии Солнца. В другом
полушарии картина обратная: ведущие пятна в группах будут иметь южную
полярность, а замыкающие - северную. Но, оказывается, при появлении пятен
нового поколения (следующего цикла) полярность ведущих пятен меняется на
противоположную. Лишь в циклах через один ведущие пятна обретают прежнюю
полярность. Так что «истинный» солнечный цикл с возвращением прежней
магнитной полярности ведущих пятен в действительности охватывает не 11, а
22 года (конечно, в среднем).

Эруптивный протуберанец на Солнце

Этот снимок эруптивного протуберанца на Солнце (рис.2) был получен в
сентябре 1989 года космической обсерваторией SOHO (Солнечная и
гелиосферическая обсерватория).
[pic]

Рис.2.
В короне Солнца, температура которой составляет 10 миллионов градусов
К, располагаются сравнительно холодные плотные облака - протуберанцы,
простирающиеся в длину до 1/3 радиуса Солнца. Эти облака имеют подчас
причудливую форму - диффузные образования, дуги, воронки и так далее.
Наиболее распространены «спокойные» протуберанцы, появление которых обычно
связано с развитием группы пятен. Но существуют они значительно дольше
пятен - до 1 года. Непосредственно в зоне пятен наблюдаются после вспышек
так называемые протуберанцы солнечных пятен - потоки газа, втекающего из
короны в зону пятен со скоростями в несколько десятков км/сек. Другой вид
протуберанцев связан с выбросами вещества вверх (обычно после вспышек) со
скоростями от 100 до 1000 км/сек. Это так называемые быстрые эруптивные
протуберанцы. Образование протуберанцев и траекторий их движения
обусловлены действием магнитных сил.

Мои выводы

Проведенные мною исследования и наблюдения за солнечными пятнами через
телескоп подтвердили, что период обращения Солнца составляет 26-27 суток.
Рисунки солнечных пятен с 16.03.02 по 20.04.02 представлены на страницах 9-
10. Я не могу проверить цикл солнечной активности, так как занимаюсь
наблюдениями за солнечными пятнами только год. Но моя работа продолжается,
и материал относительно Солнца растет.

Использованная литература

1) Энциклопедия для детей. Т.8. Астрономия 2-е издание. М.: Аванта+, 2000.
2) Левитан Е.П. Астрономия: Учебник для 11 кл. сред. шк. М.: Просвещение,
1994.
3) Энциклопедия для детей. Т.16. Физика 2-е издание. М.: Аванта+. 2000.
4) Большая советская энциклопедия.
5) Малый энциклопедический словарь Бронгауза и Ефрона.
[pic]
[pic]