Солнце и Солнечная система

Солнечная радиация формирует на поверхности планет внутренней группы тепловое поле. Оно возбуждает комплекс экзогенных процессов. Их количество и интенсивность зависят не столько от мощности поступающего на поверхность планеты потока солнечной энергии, сколько от поглощающей способности внешней области планет - воздушной и водной сред.

Например, Меркурий, наиболее близкая к светилу планета, облучается самым мощным потоком солнечной радиации. Но, не имея атмосферы и воды, он не использует эту энергию и переизлучает ее обратно в космос. Марс, планета чуть ли не в 4 раза более удаленная от Солнца, чем Меркурий, получает на единицу площади своей поверхности солнечной энергии примерно в 16 раз меньше, чем приходится на аналогичную площадь поверхности Меркурия. И тем не менее действующие на Марсе экзогенные процессы во много раз интенсивнее, чем на Меркурии. Причина этого в том, что на Марсе имеются хорошо поглощающие солнечную энергию среды - воздушная оболочка и своеобразная гидросфера, хотя и без жидкой вод. Но наиболее полно используется солнечная радиация на Земле, занимающей в Солнечной системе промежуточное место между Меркурием и Марсом, а потому и получающей средний по мощности поток энергии. Максимальному использованию Землей солнечной радиации способствует наличие плотной атмосферы и огромной массы воды, почти на 95% находящейся в самой активной фазе - в жидком состоянии.

Корпускулярное излучение (солнечный ветер)

Это поток плазм - раскаленного ионизированного газа солнечной короны, температура которого оценивается в 1 млн. градусов. Термин «корпускулярное излучение» означает, что унос от Солнца вещества - ионизированного газа - осуществляется не как непрерывный процесс, а происходит некоторыми порциями, или частицами, - корпускулами. Основу плазменного потока составляют ядра водорода, в меньшей степени - гелия, других элементов, а также электроны. На расстоянии Земли этот ветер «обдувает» верхние слои земной атмосферы со скоростью около 450 км/с. В каждом кубическом сантиметре вещества, проносящегося мимо Земли, содержится в среднем 5 протонов и столько же электронов.

Земное магнитное поле защищает верхние слои земной атмосферы от непосредственного воздействия солнечного ветра. Тем не менее, в областях высоких географических широт частицы солнечного ветра имеют возможность непосредственно проникать в верхние слои земной атмосферы. При этом они пополняют энергичными частицами области радиационных поясов и вызывают полярные сияния.

Поток энергии в межпланетной среде можно представить себе как распространение газа от места его генерации и концентрации (солнечная корона) к вакууму. При этом сила притяжения Солнца с увеличением расстояния ослабевает. Именно благодаря указанным причинам поток плазмы в процессе движения увеличивает свою скорость от десятков километров в секунду вблизи солнечной короны до 500 км/сек на расстоянии земной орбиты. Энергия потока на этом расстоянии определена в 4?10⁴ эрг/см² сек.

Ионизированный газ корпускулярного излучения, непрерывно испускаемый солнечной короной, постепенно ослабевает в своей мощности по мере движения к периферии Солнечной системы, заполняет все межпланетное пространство. Более того, в сильно ослабленном расстоянием потоке он проникает и в межзвездное пространство. Таким образом, окружающие планет (и, в частности, Землю) пространство не является в строгом смысле слова вакуумом, а содержит рассеянную материю и потоки энергии.

Одной из особенностей солнечного ветра является присущее ему магнитное поле. Те планет, которые не имеют своего магнитного поля (Луна, Венера), позволяют плазменному потоку солнечного ветра беспрепятственно проникать через атмосферу (где она имеется) до их поверхности и на атомарном уровне взаимодействовать с её веществом. Иначе происходит, если у планеты есть сильное магнитное поле. Ярким примером сказанного может служить Земля, где процесс взаимодействия магнитных полей хорошо изучен. Сильное магнитное поле планеты препятствует проникновению потока плазмы к её поверхности, и он вынужден обтекать планету на уровне верхней границы атмосферы.

Солнечная постоянная

Энергия, получаемая Землей от Солнца, характеризуется солнечной постоянной. Солнечной постоянной называется величина, определяемая полной энергией, которая падает в 1 с на площадку 1 м², расположенную перпендикулярно солнечным лучам вне земной атмосферы на среднем расстоянии Земли от Солнца. Иными словами, солнечная постоянная - это освещенность, которую Солнце создает на поверхности, перпендикулярной к его лучам, удаленной от него на расстояние в одну астрономическую единицу. При этом учитывается не только энергия видимых лучей, но и излучение всех других диапазонов длин волн, например невидимее ультрафиолетовые и инфракрасные лучи, почти полностью поглощаемые земной атмосферой. В настоящее время в результате совокупности наземных и внеатмосферных измерений солнечной постоянной ее значение известно с точностью до 1% и составляет 1,95 кал/(см²? мин)= 1,36 кВт/м².

Возможные колебания потока солнечной энергии в несколько сотых или десятых долей процента могут иметь существенное значение для геофизических и в первую очередь климатических явлений.

Вследствие эллиптичности земной орбиты реальный поток солнечного излучения, попадающий на Землю, изменяется в течение года почти на 7%. При этом его увеличение в Северном полушарии приходится на зиму, что несколько смягчает ее.

Для измерения солнечной постоянной на высокогорных станциях определяют количество теплоты, которое получает вода, налитая в специальные сосуды, от зачерненного металлического диска, нагреваемого солнечными лучами. В результате тщательных измерений, выполненных с учетом поглощения видимого, инфракрасного и ультрафиолетового излучения в земной атмосфере, нашли, что солнечная постоянная равна 1400 Вт/м² (более точное значение несколько меньше).

Измерение солнечной постоянной проводились на протяжении многих лет. Оказалось, что значение солнечной постоянной практически не меняется. Значит, полная энергия, излучаемая Солнцем в единицу времени, постоянна. Если умножить солнечную постоянную на площадь сферы, радиус которой равен среднему расстоянию Земли от Солнца, то получается общая энергия, излучаемая Солнцем в единицу времени (L). (L) - это светимость Солнца (или мощность его излучения):

солнечный система энергия радиация

L ?4?10²⁶ Вт

Литература

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.

Размещено на Allbest.ru