Структура солнечной короны

11

Министерство образования и науки Украины

Лубенская общеобразовательная школа № 3 I-ІІІ степеней

Реферат

На тему: Структура солнечной короны

Выполнила: ученица 11-А класса

Михайлова Евгения

Лубны 2009

Изучение структуры солнечной короны

Во время полного солнечного затмения корона в виде красивого жемчужно-серебристого сияния причудливой формы окружает тёмный диск Луны. Солнечная корена имеет лучистую структуру, но форма её меняется от затмения к затмению. Во время максимума солнечной деятельности корона имеет растрёпанный вид, лучи расходятся во все стороны; во время минимума солнечной деятельности корона вытянута в плоскости солнечного экватора. Закономерность изменения формы короны в зависимости от солнечной деятельности была установлена знаменитым русским учёным А. П. Ганским в 1897 г. Найдя такую закономерность, Ганский впервые поставил вопрос о связи отдельных корональных лучей с образованиями на солнечной поверхности. Так, им было найдено соответствие между длинными лучами короны и протугюранцами, а также некоторые другие закономерности. Как уже было сказано на стр. 117--118, подробные исследования структуры солнечной короны были проведены советскими учёными по наблюдениям полных солнечных затмений 19 июня 1936 г., 21 сентября 1941 г., 25 февраля 1952 г. и по материалам других затмений. Вот очень краткоосновные результаты этих исследований.

При всём многообразии деталей солнечной короны (рис. 30) они могут быть сведены к немногим типичным формам, и эти формы определяются образованиями на солнечной поверхности. Над областями с факелами в короне образуются прямые мощные лучи Л, В, (3, Над невозмущённой поверхностью Солнца наблюдаются лучи более тонкие. Во время минимума солнечной деятельности такие лучи хорошо выделяются в виде «щёток» над полярными областями Солнца (/). В основаниях корональных лучей лежат хромосфер ные в ы с т у-п ы. Над солнечными пятнами структура короны очень сложна и состоит из дуг, лучей, концентрических оболочек (К) ¦ Над протуберанцами во внутренних частях короны наблюдаются в виде дуг оболочки, охватывающие протуберанцы, а выше -- шлемовидные оболочки (3), оканчивающиеся или длинными лучами, или тонкими струйками (Н).

Объяснить структуру короны на основе только сил тяготения невозможно; корональные формы свидетельствуют о действии на Солнце электромагнитных сил.

Конечно, ещё не всё в структуре короны ясно; есть много вопросов, которые надо решить во время предстоящих затмений.

Одним из весьма важных вопросов является исследование направлений длинных лучей во внешней короне. Надо проследить как можно дальше от Солнца длинные корональные лучи, исходящие от шлемовидных оболочек над протуберанцами, и другие и выяснить, прямолинейны ли они или нет, насколько уклоняются от направления солнечного радиуса, сохраняют ли своё направление на всём протяжении или, постепенно изгибаясь, становятся радиальными (совпадают с направлением какого-нибудь радиуса Солнца). Эти наблюдения позволят судить о том, какие силы действуют на корональные лучи вдали от Солнца, как далеко простирается действие электромагнитных сил Солнца. Так, если на некотором расстоянии от Солнца лучи принимают радиальное направление, то это значит, что на таком расстоянии электромагнитное влияние становится незаметным.

Неясен вопрос о границах полярных областей в короне минимального и промежуточного типа; ограничены ли эти области особыми сплошными нелучистыми оболочками или такие оболочки возникают только вокруг областей с протуберанцами?

В средней и внутренней короне особенно важно изучить тонкие детали: сложную структуру дуг над протуберанцами, хромосферные выбросы в основаниях лучей, тонкую структуру выбросов над факелами и особенно у их краёв, структуру короны над пятнами, которая очень сложна.

Новые наблюдения деталей солнечной короны позволят изучить их изменения в зависимости от возраста соответствующих образований солнечной поверхности.

Наблюдения лучей внешней короны не требуют сложных инструментов; их можно производить визуально или фотографически (см. следующий раздел).

При визуальных наблюдениях короны её следует зарисовывать на листах с заранее нанесённым диском Солнца и проведёнными через его центр направлениями -- вертикальным и горизонтальным (см. рис. 48 на стр. 215).

Если поблизости будет видна звезда или планета (см. стр. 73), то её следует нанести, и расстоянием её от центра Солнца можно пользоваться для оценки длины корональных лучей. Наблюдать длинные корональные лучи можно в бинокль или в телескоп, поставив окуляр, дающий достаточно большое поле зрения.

На рисунках корональных лучей очень важно нанести протуберанцы, если таковые будут наблюдаться. Весьма интересны также зарисовки солнечного затмения в красках: общей картины затмения с пейзажем, а также рисунки короны и хромосферы в более крупном масштабе. Надо постараться передать тона и оттенки, не упуская из виду контуров тонкой структуры. При этом можно ограничиться каким-нибудь отдельным участком короны.

Вследствие кратковременности явления надо заранее потренироваться в таких быстрых зарисовках, например, проектируя на экран диапозитив короны на 1--2 минуты. Подбирать все тона во время самого затмения невозможно, поэтому надо хорошо их запомнить, записать на рисунке оттенки и сейчас же после затмения под свежим впечатлением выполнить рисунок, ни с кем не совещаясь и не обмениваясь мнениями до конца работы.

Возможны и визуальные наблюдения внутренней короны в телескоп. При этом лучше выбрать какую-нибудь область над факелом, находящимся на самом краю солнечного диска, или над группой пятен, если таковая будет у края диска, и подробно зарисовать и описать её, или, наконец, можно выбрать область протуберанца. Готовясь к таким наблюдениям, следует до затмения в течение месяца понаблюдать солнечную поверхность, чтобы знать, какие образования во время затмения будут находиться на краю солнечного диска.

Очень интересны наблюдения хромосферных выбросов в основаниях корональных лучей с тончайшими струйками истекающего из них вещества, переходящего в корональные лучи.

На всех рисунках должен быть помечен масштаб (можно в долях радиуса Солнца) и дана ориентировка хотя бы относительно горизонта. Надо пометить направление на зенит и к востоку или западу, как и в других работах и обязательно записать координаты места наблюдения или подробное название пункта.

Фотографирование короны

Данные о структуре короны можно получить и по фотографии. При фотографировании внешней короны лучше всего применять достаточно светосильную фотокамеру с фокусным расстоянием в 40--50 см.

Как известно, диаметр изображения Солнца на фотографической пластинке (й) зависит только от фокусного расстояния объектива фотокамеры (Р) и с достаточной точностью может быть вычислен по формуле

Таким образом, для указанной выше камеры диаметр изображения Солнца будет составлять 4--5 мм.

Внутреннюю корону лучше фотографировать 3-- 5-дюймовым телескопом с прикреплённой к его окулярному концу фотокамерой. Эта камера представляет собой просто ящик (зачернённый внутри) с кассетной частью, плотно прикрепляемый к окулярному концу трубы, При фокусном расстоянии в 1,5--2 м диаметр изображения Солнца получится уже 14--18 мм. Пользоваться окулярным увеличением не рекомендуется.

При фотографировании внешней короны нужно применять пластинки наивысшей чувствительности и, по возможности, противоореольные.

Ввиду огромного различия яркости между внутренней и внешней короной (в 200--300 раз) подбор экспозиции зависит от той задачи, которую ставит перед собой наблюдатель. Так, яркие части внутренней короны хорошо выходят при экспозиции в 1 секунду со светосилой 1 : 40 (при чувствительности пластинок около 1000 X и Д). При светосиле 1 : 15 (как у обыкновенного телескопа) за I секунду на тех же пластинках хорошо выйдет вся внутренняя корона. Для внешней короны требуются экспозиции, в 5--20 раз ббльшие, и более чувствительные пластинки. Если, наконец, увеличить светосилу до 1:5, то такая камера позволила бы с экспозициями в 1--5 секунд получить снимки далёких частей внешней короны.

Однако внутренняя корона и хромосфера окажутся при этом неизбежно передержанными, что приведёт также к искажению изображения внешних частей короны (вследствие рассеяния света в зёрнах фотографической эмульсии).

Большие экспозиции (более 1 сек.) с длиннофокусной камерой требуют движения камеры вслед за Солнцем. Если в распоряжении наблюдателя нет экваториальной установки, снабжённой часовым механизмом или микрометрическим ключом, позволяющим осуществить плавное гидирование (ведение) камеры, то можно порекомендовать для этой цели следующее устройство (рис. 31).

Доска А укрепляется неподвижно так, чтобы она образовывала с горизонтальней плоскостью угол 90° -- у (ср -- широта места) и была направлена точно на юг. Тогда плоскость этой доски будет перпендикулярна к оси мира. На эту доску кладётся доска В, имеющая форму сектора круга, и скрепляется с ней при помощи болта а, около которого она может вращаться. Обе доски должны быть тщательно выструганы, а дугу сектора нужно очень тщательно отшлифовать напильником и обтянуть резиной. На доске В укрепляется камера С так, чтобы она образовывала с плоскостью доски угол, равный склонению Солнца 8. Поскольку 30 июня 1954 г. склонение Солнца будет положительно (8 = +23°12/), объективная часть должна быть приподнята по отношению к кассетной части.

Кроме того, камера должна поворачиваться на доске В, чтобы можно было легко наводить её на Солнце. Для наводки и гидирования служит трубка О, в качестве которой можно взять трубку бинокля, теодолита или самодельную трубу из очковых стёкол. Для точности наводки и гидирования в фокальной плоскости окуляра трубки нужно натянуть крест-на-крест две тонкие проволочки или два волоска. Движение камеры при фотографировании производится при помощи бесконечного винта Ъ, сцепленного с зубчатым колесом с, на оси которого сидит валик й, также обтянутый резиной и плотно прилегающий к дуге сектора В. Можно упростить это приспособление, использовав простой винт с гайкой, укреплённой на доске А. Винт своим концом упирается в выступ или палец в доске В. В этом случае зубчатое колесо не нужно. В гидировании надо' заранее поупражняться по звёздам.

Если фотографирование производится с экспозицией меньше 1 секунды, можно обойтись без движения камеры за Солнцем, так как за 1 секунду Солнце переместится по небу лишь на 15", что соответствует сдвигу изображения на пластинке примерно на '/и ооо фокусного расстояния. Для короткофокусных объективов (^=100--150 мм) можно повысить экспозицию до 5 секунд, не применяя движения камеры.

Если наблюдатель располагает телескопом на азимутальной установке, к которому он хочет приспособить фотокамеру для фотографирования солнечной короны, то можно порекомендовать ему дополнить установку приспособлением, описанным в книгах В. П. Цесевича «Что и как наблюдать на небе», стр. 117 и П. Г, Куликовского «Справочник астронома-любителя», изд. 1949 г., стр. 142. Гидирование телескопа должно быть плавным, для чего можно прикрепить к окулярному концу трубы с левой стороны шнурок, пропустить его через блок и медленно наматывать на валик вращением рукоятки последнего.

Ориентировка на пластинках должна быть сделана до наблюдения затмения и произведена с достаточной точностью. Для инструментов с неподвижной камерой или обладающих азимутальной установкой нужно выверить положение кассеты так, чтобы её нижний край был горизонтален, и, вкладывая пластинку в кассету, лёгким ударом по кассете заставить пластинку лечь своим нижним краем вплотную к кассете.

В экваториальных установках нижний край пластинки или специальные метки на кассете следует ориентировать по суточной параллели; для этого можно при неподвижной трубе получить на пластинке след какой-нибудь звезды, выбрав её в том же часовом угле, в каком будет Солнце во время затмения (или сделать снимки Солнца на одной пластинке). При фотографировании с неподвижной установкой, например, солнечных серпов, получение двух или трёх изображений на одной пластинке вполне обеспечивает ориентировку. Ориентировка может производиться и иным способом, но обязательно должна быть связана с направлением суточной параллели или с отвесной, линией.

Фотографирование со светофильтр а-м и. При фотографировании короны, особенно внешней, когда применяются длительные экспозиции, нужно считаться с освещённостью неба, вызываемой многократным рассеянием в воздухе света, приходящего из мест, где наблюдается лишь частное затмение. Для того чтобы избежать влияния фона неба на изображение короны и излишнего засвечивания пластинки, полезно применять красный светофильтр, пропускающий лучи света, начиная с длины волны 600 ту.

При колориметрии короны применяется несколько светофильтров, вырезающих более или менее узкие участки спектра в различных его частях. Светофильтр лучше всего помещать между объективом и пластинкой, ближе к последней, ибо тогда дефекты стекла! светофильтра не окажут заметного влияния на изображение в целом и лишь в отдельных местах вызовут местные искажения. Ставить светофильтр перед объективом можно лишь в том случае, если он сделан из очень 1 хорошо отшлифованного оптического стекла.

С другой стороны, если светофильтр ставится непосредственно перед пластинкой, то он должен быть достаточно однородным; во всяком случае его надо тщательно исследовать и точно знать, какое место светофильтра соответствует тому или иному месту на пластинке. Поэтому лучше всего ставить светофильтр между объективом и пластинкой.

Нужно помнить, что светофильтр, поставленный между объективом и пластинкой, отдаляет резкое изображение от объектива примерно на 2/з своей толщины. Употребление различных светофильтров при большом фокусном расстоянии объектива может потребовать различной фокусировки для каждого из них. Само собой разумеется, что каждый светофильтр требует отдельного подбора экспозиции, который может быть произведён по Луне.

В остальном при колориметрии работа ведётся так же, как и при фотометрии короны (см. ниже).

Цветное фотографирование короны и ландшафта. Значительный рост техники цветного фотографирования за последние годы позволил большому количеству любителей заняться цветной фотографией. Надо настоятельно рекомендовать этим любителям предпринять цветное фотографирование солнечной короны и особенно ландшафта во время полного затмения -- с затмившимся Солнцем, областью неба и заревым кольцом. Ещё более интересно произвести цветное кинематографирование ландшафта.

Для фотографирования короны надо, как и при чёрно-белом фотографировании, применять длиннофокусные камеры, чтобы изображение короны не оказалось слишком мелким. Для ландшафтов важно иметь достаточно широкоугольную камеру.

При цветном фотографировании, для контроля правильной передачи цветов, надо в тех же условиях снять специальный экран, освещенный Солнцем и представляющий собой лист белой ватманской бумаги, на котором нанесены полосы различной интенсивности (с помощью туши, разведённой в различных пропорциях) -- от самых слабых до почти чёрных. Диафрагму при этом придётся уменьшить, так как белая поверхность имеет гораздо большую яркость, чем основные объекты фотографирования.

Фотометрия короны

Если наблюдатель имеет в виду не только изучение структуры солнечной короны по фотографиям, но и изучение распределения яркости в короне, его задача значительно усложняется. Снимки, предназначенные для фотометрических исследований, как, например, для вывода закона изменения яркости в короне с расстоянием от края солнечного диска или для изучения общей картины распределения яркости в короне, требуют к а л и б р о в к и. Это значит, что, помимо снимка, нужно получить шкалу яркостей, которая позволит перевести почернения на снимке в яркости, зыраженные хотя бы и относительных единицах.

Если же имеется в виду определение абсолютной яркости короны, выраженной в известных физических единицах яркости (например, в стильбах), то, помимо шкалы яркостей, необходимо иметь ещё отпечаток от источника света, яркость которого известна, т. е. стандартизовать снимок.

Стандартизация снимков производится обычно по Солнцу, блеск которого ослабляется в строго известном отношении. Чаще всего для этого применяют белый экран с известным коэффициентом отражения. Схемы стандартизационных приспособлений для камер различного размера изображены на рис. 32. Об изготовлении стандартного экрана было сказано выше (стр. 136).

Калибровка может быть осуществлена с помощью так называемого трубчатого фотометра, который нетрудно сделать самому. Трубчатый фотометр представляет собой ряд параллельных трубок, укреплённых в общей оправе, верхние концы которых закрыты диафрагмами различного диаметра. Эти диафрагмы просверливаются в тонкой почернённой жести или латушной пластинке с ровными краями без зазубрин, диаметра их удобно сделать в геометрической прогрессии, напримеи 1; 1,4; 2,0; 2,8; 4,0; 5,6; 8 мм. Трубки укреплены в общей оправе. Нижние концы трубок закрыты диафрагмами одного диаметра (около 2 мм). Посередине каждой трубки желательно также вставить по диафрагме с таким диаметром, чтобы она свободно пропускала пучок лучей от внешней диафрагмы. Внутренние поверхности трубок нужно вычернить. К нижним концам трубок должна плотно прилегать рамка для кассеты с пластинкой. Внутренние диаметры трубок следует сделать на 5--10 мм шире диаметра внешних диафрагм, длину -- в 40 мм.

Можно не делать самих трубок, а устроить ящик, вставив в него вместо верхней и нижней крышек две металлические пластинки с просверленными в них круглыми отверстиями (различного диаметра в верхней и одинакового в нижней). Внутри ящика надо вставить перегородки,отделяющие соседние отверстия друг от друга, и промежуточные диафрагмы, как сказано выше (рис. 33).

Стандартизация и калибровка должны производиться на пластинке, взятой непременно из той же пачки, что и пластинка, на которой фотографировалась корона. Экспозиции при этом должны быть, по возможности, одинаковы. Если снимок получен со светофильтром, этот же светофильтр должен применяться при стандартизации и калибровке. Источником света при калибровке может служить небо, равномерно затянутое облаками, или белая бумага, освещенная Солнцем.

Калибровочные и стандартизационные пластинки должны проявляться обязательно одновременно и в общей ванне со снимками короны, к которым они относятся.

В крайнем случае, если процесс стандартизации и калибровки снимков представляется наблюдателю затруднительным, нужно, не проявляя снимков, прислать их в ВАГО с приложением двух неупотреблявшихся пластинок из той же пачки. Ещё лучше, если пластинки будут взяты большего формата, чем требуется, и разрезаны на три куска, на одном из которых будет производиться фотографирование, а два куска будут оставлены для стандартизации и калибровки. При этом надо следить за тем, чтобы не перепутать пластинки, для чего нужно простым карандашом надписать в углу каждой пластинки (со стороны слоя) её номер или иное обозначение. В приложенной к пластинкам описи нужно указать, чему соответствует каждое обозначение. Пластинки следует посылать в хорошей упаковке. Если при фотографировании употреблялись светофильтры, то их тоже нужно прислать для исследования.

При пользовании панхроматическими и изохроматическими пластинками не следует забывать, что они чувствительны и к красному свету, а поэтому все работы с ними в лаборатории (зарядку, разрядку, упаковку, проявление) надо производить в полной темноте.

Использованная литература

1. Михайлов А. А., Солнечные и лунные затмения, Гостех-издат, 1951.

2. Тер-Оганезов В. Т., Солнечные и лунные затмения, Госкультпросветиздат, 1952.

3. Всехсвятски й С, К., Солнечное затмение 9 июля 1945 г., Гостехиздат, 1945.