Влияние солнца на жизнь человека
Циклы солнечной активности, влияние Солнца на Землю. Солнечные затмения, ультрафиолетовое излучение. Энергия солнечного света. Солнечный ветер и межпланетные магнитные поля. Бомбардировка энергичными частицами. Активность Солнца и здоровье людей.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 28.09.2010 |
| Размер файла | 66,4 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
7
Содержание
- Введение
- I. Циклы солнечной активности
- II. Как солнце влияет на землю
- 2.1 Солнечные затмения
- 2.2 Ультрафиолетовое излучение солнца
- 2.3 Энергия солнечного света
- 2.4 Солнечный ветер и межпланетные магнитные поля
- 2.5 Бомбардировка энергичными частицами
- 2.6 Активность Солнца и здоровье людей
- Заключение
- Литература
Введение
Каждому наверняка известно, что на Солнце нельзя смотреть невооруженным глазом, а тем более в телескоп без специальных, очень темных светофильтров или других устройств, ослабляющих свет. Пренебрегая этим советом, наблюдатель рискует получить сильнейший ожог глаза. Самый простой способ рассматривать Солнце - спроецировать его изображение на белый экран. При помощи даже маленького любительского телескопа можно получить увеличенное изображение солнечного диска. Что же мы можем увидеть на этом изображении?
Прежде всего обращает на себя внимание резкость солнечного края. Солнце - газовый шар, не имеющий четкой границы, а плотность его убывает постепенно. Почему же в таком случае мы видим его резко очерченным? Дело все в том, что практически все видимое излучение Солнца исходит из очень тонкого слоя, который имеет специальное название - фотосфера (от греческого - "сфера света"). Его толщина не превышает 300 километров. Именно этот тонкий слой и создает у наблюдателя иллюзию того, что Солнце имеет "поверхность". Энциклопедия для детей. Астрономия. - Москва, издательство «Аванта+», 2004г. - стр.108
История телескопических наблюдений Солнца начинается с наблюдений, выполненных Г. Галилеем в 1611 году; были открыты солнечные пятна, определён период вращения Солнца вокруг своей оси. В 1843 году немецкий астроном Г. Швабе обнаружил цикличность солнечной активности. Развитие методов спектрального анализа позволило изучить физические условия на Солнце. В 1814 году Й. Фраунгофер обнаружил тёмные линии поглощения в спектре Солнца - это положило начало изучению химического состава Солнца. С 1836 года регулярно ведутся наблюдения затмений Солнца, что привело к обнаружению короны и хромосферы Солнца, а также солнечных протуберанцев. В 1913 году американский астроном Дж. Хейл наблюдал зеемановское расщепление фраунгоферовых линий спектра солнечных пятен и этим доказал существование на Солнце магнитных полей. К 1942 году шведский астроном Б. Эдлен и другие отождествили несколько линий спектра солнечной короны с линиями высокоионизированных элементов, доказав этим высокую температуру в солнечной короне. В 1931 году Б. Лио изобрёл солнечный коронограф, позволивший наблюдать корону и хромосферу вне затмений. В начале 40-х годов XX века было открыто радиоизлучение Солнца. Существенным толчком для развития физики Солнца во второй половине XX века послужило развитие магнитной гидродинамики и физики плазмы. После начала космической эры изучение ультрафиолетового и рентгеновского излучения Солнца ведётся методами внеатмосферной астрономии с помощью ракет, автоматических орбитальных обсерваторий на спутниках Земли, космических лабораторий с людьми на борту.
Солнце, центральное тело солнечной системы, представляет собой раскалённый плазменный шар; Солнце - ближайшая к Земле звезда. Масса Солнца 1,99010530 кг (в 332958 раз больше массы Земли). В Солнце сосредоточено 99,866% массы Солнечной системы. Солнечный параллакс равен 8,794" (4,263105 радиан). Расстояние от Земли до Солнца меняется от 1,471010511 м (в январе) до 1,521010511 (в июле), составляя в среднем 1,496010511 м. Это расстояние принято считать одной астрономической единицей. Средний угловой диаметр Солнца составляет 1919,26" (9,305105-3 рад), чему соответствует линейный диаметр Солнца, равный 1,392х1059 м (в 109 раз больше диаметра экватора Земли). Средняя плотность Солнца 1,411053 кг/м. Ускорение свободного падения на поверхности Солнца составляет 273,98 м/сек. Вторая космическая скорость на поверхности Солнца равна 6,181055 м/сек. Эффективная температура поверхности Солнца, определяемая согласно закону излучения Стефана-Больцмана, по полному излучению Солнца равна 5770 К.
Вращение Солнца вокруг оси происходит в том же направлении, что и вращение Земли, в плоскости, наклонённой на 7°15' к плоскости орбиты Земли (эклиптике). Скорость вращения определяется по видимому движению различных деталей в атмосфере Солнца и по сдвигу спектральных линий в спектре края диска Солнца вследствие эффекта Доплера. Таким образом было обнаружено, что период вращения Солнца неодинаков на разных широтах. Положение различных деталей на поверхности Солнца определяется с помощью гелиографических координат, отсчитываемых от солнечного экватора (гелиографическая широта) и от центрального меридиана видимого диска Солнца или от некоторого меридиана, выбранного в качестве начального (так называемого меридиана Каррингтона). При этом считают, что Солнце вращается как твёрдое тело. Один оборот относительно Земли точки с гелиографической широтой 17° совершают за 27,275 суток (синодический период). Время оборота на той же широте Солнца относительно звёзд (сидерический период) - 25,38 суток. Угловая скорость вращения 7f 0для сидерического вращения изменяется с гелиографической широтой 7w0 по закону: 7w 0=14,33°-3°sin 52 7f в сутки. Линейная скорость вращения на экваторе Солнца - около 2000 м/сек.
Солнце как звезда является типичным жёлтым карликом и располагается в средней части главной последовательности звёзд на диаграмме Герцшпрунга-Рессела. Видимая фотовизуальная звёздная величина Солнца равна - 26,74, абсолютная визуальная звёздная величина M 4v равна +4,83. Показатель цвета Солнца составляет для случая синей (В) и визуальной (М) областей спектра M 4B 0-M 4V 0=0,65. Спектральный класс Солнца G2V. Скорость движения относительно совокупности ближайших звёзд 19,71053 м/сек. Солнце расположено внутри одной из спиральных ветвей нашей Галактики на расстоянии около 10 кпс от её центра. Период обращения Солнца вокруг центра Галактики около 200 миллионов лет. Возраст Солнца - около 51059 лет.
Тема данной работы - Солнечная активность и земля. Для того, чтобы раскрыть её содержание, необходимо, на мой взгляд решить следующие задачи:
дать описание цикла солнечной активности, влияние его на землю - а именно ультрафиолетовое излучение, солнечный ветер, бомбардировки энергичными частицами, влияния на здоровья людей.
I. Циклы солнечной активности
Число пятен на Солнце 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 дет. При этом в максимуме на солнечном диске можно наблюдать 100 и более пятен, тогда как в минимуме - всего несколько, а иногда в течении целых недель не наблюдается 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. Оно определяется как сумма общего числа пятен на Солнце (f) и удесятеренного числа групп пятен (g), причем одно изолированное пятно тоже считается группой: W = f + 10g.
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 составлял в среднем 10,4 года. Вообще же за время регулярных наблюдений за Солнцем 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 годы на Солнце вообще не было пятен! Это заключение подтвердилось в более поздних 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. Энциклопедия для детей. Астрономия. - Москва, издательство «Аванта+», 2004г. - стр.122
Но и на этом сюрпризы солнечных циклов не кончаются. Ведущее пятно в группе (первое по направлению движения Солнца) обычно имеет одну полярность (например, северную), а замыкающее - противоположную (южную), и это правило 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 цикле 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 (в среднем, конечно).
Рис.1. Глобальная среднегодовая аномалия температуры нижней атмосферы Земли (квадратики), среднегодовые числа Вольфа (треугольники) и их аппроксимация линейной функцией и полиномом 6 степени. Верхние прямая и кривая для ряда аномалии температуры воздуха, нижние - для ряда чисел Вольфа.
II. Как солнце влияет на землю
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. Различные 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.
2.1 Солнечные затмения
В момент лунного новолуния может произойти солнечное затмение - ведь именно в новолуние Луна проходит между Солнцем и Землей. Астрономы заранее знают, когда и где будет наблюдаться солнечное затмение, и сообщают об этом в астрономических календарях.
Земле достался один-единственный спутник, но зато какой! Луна в 400 раз меньше Солнца и как раз в 400 раз ближе его к Земле, поэтому на небе Солнце и Луна кажутся дисками одинаковых размеров. Так что при полном солнечном затмении Луна целиком заслоняет яркую поверхность Солнца, оставляя при этом открытой всю солнечную атмосферу.
Точно в назначенный час и минуту сквозь темное стекло видно, как на яркий диск Солнца наползает с правого края что-то черное, как появляется на нем черная лунка. Она постепенно разрастается, пока наконец солнечный круг не примет вид узкого серпа. При этом быстро ослабевает дневной свет. Вот Солнце полностью прячется за темной заслонкой, гаснет последний дневной луч, и тьма, кажущаяся тем глубже, чем она внезапнее, расстилается вокруг, повергая человека и всю природу в безмолвное удивление.
О затмении Солнца 8 июля 1842 года в городе Павии (Италия) рассказывает английский астроном Фрэнсис Бейли: "Когда наступило полное затмение и солнечный свет мгновенно потух, вокруг темного тела Луны внезапно возникло какое-то яркое сияние, похожее на корону ил на ореол вокруг головы святого. Ни в каких отчетах о прошлых затмения не было написано о чем-то подобном, и я вовсе не ожидал увидеть великолепие, находившееся теперь у меня перед глазами. Ширина короны, считая от окружности диска Луна, была равна примерно половине лунного диаметра. Она казалась составленной из ярких лучей. Ее свет был плотнее около самого края Луны, а по мере удаления лучи короны становились все слабее, тоньше. Ослабление света шло совершенно плавно вместе с увеличение расстояния. Корона представлялась в виде пучков прямых слабых лучей; их внешние концы расходились веером; лучи были неравной длины. Корона была не красноватая, не жемчужная, она была совершенно белого цвета. Ее лучи переливались или мерцали, как газовое пламя. Как не блестяще было это явление, какие бы восторги оно не вызывало у зрителей, но все же в этом странном, дивном зрелище было точно что-то зловещее, и я вполне понимаю, насколько могли быть потрясены и испуганы люди во времена, когда эти явления происходили совершенно неожиданно.
Наиболее удивительной подробностью всей картины было появление трех больших выступов (протуберанцев), которые высились над краем Луны, но составляли, очевидно, часть короны. Они походили на горы громадной высоты, на снеговые вершины Альп, когда те освещены красными лучами заходящего Солнца. Их красный цвет впадал в лиловый или пурпуровый; быть может, лучше всего подошел бы сюда оттенок цветов персика. Свет выступов, в противоположность остальным частям короны, был совершенно спокоен, "горы" не искрились и не переливались. Все три выступа, несколько разные по величине, были видны до последнего момента полной фазы затмения. Но как только прорвался первый луч Солнца, протуберанцы вместе с короной пропали бесследно, и сразу восстановился яркий свет дня". 5. Уилл. Ф.Л. Семья Солнца - Санкт-Петербург, издательство «Художественная литература», 1995 год. - стр. 215 Это явление, так тонко и красочно описанное Бейли, длилось чуть более двух минут.
Помните тургеневских мальчиков на Бежинском лугу? Павлуша рассказывал о том, как Солнца не стало видать, о человеке со жбаном на голове, которого приняли за антихриста Тришку. Так это был рассказ о том же затмении 8 июля 1842 года!
Но не было на Руси затмения более того, о котором повествуют "Слово о полку Игореве" и древние летописи. Весной 1185 года новгород-северский князь Игорь Святославич с братом Всеволодом, исполнившись ратного духа, пошли на половцев стяжать себе славы, а дружине добычи.1 мая, ближе к вечеру, как только вступили полки "Даждь-божьих внуков" (потомков Солнца) на чужую землю, затемнело раньше положенного, птицы смолкли, кони ржали и не шли, тени всадников были неясны и странны, степь дохнула холодом. Оглянулся Игорь и увидел, что провожает их "солнце, стоящее яко месяц". И сказал Игорь боярам своим и дружине своей: "Видите ли? Что значит сияние сие?". Они же посмотрели, и увидели, и понурили головы. И сказали мужи: "Князь наш! Не сулит нам добра сияние это!" Игорь же отвечал: "Братья и дружина! Тайна Божья никому неведома. А что нам дарует Бог - на благо нам или на горе, - это мы увидим". В десятый день мая дружина Игоря полегла в половецкой степи, а раненый князь был взят в плен.
В "Слове" реальное затмение превращается в поэтический образ. Действуя "тьмою" против русичей, Солнце предостерегает их от необдуманного похода в степь.
Игоря с дружиной застало в степи частное затмение, когда не все дневное светило, а около 3/4 его диска были закрыты Луной. А полное затмение в это время прошло через Новгородскую и Суздальскую земли.
Посмотрим на Землю и на Луну со стороны, чтобы понять, где и как протекает солнечное затмение. Проходя между Солнцем и Землей маленькая Луна не может полностью затемнить Землю. Короткая лунная тень притемняет лишь небольшой кружок. Только здесь в этот момент можно наблюдать полное солнечное затмение. Но Луна вращается по орбите, и Земля вращается под тенью. Поэтому тень как бы прочерчивает на Земле полосу полного затмения шириной около 100 километров. Если теневая дорожка пройдет от нас на расстоянии 3-4 тысячи километров, то мы не увидим никакого затмения. А если мы окажемся вблизи полосы полного затмения, в области полутени, для нас только часть Солнца окажется заслоненной Луной, и будет наблюдаться частное затмение. Русин Н.П., Флит Л.Л. Солнце на земле. - Москва, издательство «Тригон», 1994г. - стр.19
В некоторые новолуния острие лунной тени проходит мимо земного шара, а на Землю падает только полутень. Тогда календари объявляют о частном затмении Солнца.
Если в день затмения Луна, перемещаясь по своей вытянутой орбите, будет находиться на значительном удалении от Земли, то видимый диск ее окажется мал и не сможет полностью покрыть Солнце. Поэтому в середине затмения края Солнца будут выглядывать из-за Луны, мешая видеть и фотографировать корону. Это - кольцеобразное затмение.
Древние астрономы предсказывали солнечные затмения так же, как и лунные - по саросу. По их теории, за 18 лет 11 дней и 8 часов происходит кроме 28 лунных еще и 43 солнечных затмения, из них 15 частных, 15 кольцеобразных и 13 полных. Но предсказывать солнечные затмения оказалось намного сложнее, чем лунные. Ведь полоса затмения покрывает только небольшую часть поверхности земли, а в саросе не целое число суток. Пройдет 6585 суток, вроде бы затмение должно повториться, но планета доворачивается еще на треть оборота, так что теневая дорожка пробежит совсем другими областями Земли. Тогда мудрецы придумали тройной сарос - 3х6585,3 суток. Однако и здесь у древних астрономов случались промахи в предсказаниях. Иногда это даже имело печальные последствия. Осенью 2137 года до нашей эры были казнены китайские придворные астрономы Хи и Хо, не предупредившие императора о предстоящем затмении. Указ гласил, что виновные просчитались с затмением "предавшись пьянству", но, может быть, несчастные звездочеты перед каждым очередным затмением со страхом размышляли, доносить или не доносить, не зная точно, пройдет оно через Китай или нет.
В наше время затмения с большой точностью вычислены на тысячи лет назад и сотни лет вперед. Затмения, рассчитанные для далекого прошлого, позволяют историкам совершенно точно датировать события, произошедшие в день и год затмения. Воронцов-Вельяминов Б.А., Страут Е.К., Астрономия. Учебник для 11-х классов. - Москва, издательство «Дрофа», 2003г. - стр. 108
Хотя в целом на Земле Солнечные затмения случаются чаще, чем лунные, в какой-то определенной местности полные затмения Солнца наблюдаются крайне редко: в среднем один раз за 300 лет. Например, за всю историю Москвы, ее "посетили" четыре полных солнечных затмения: в 1140, 1450, 1476 и 1887 годах. Следующие полное затмение москвичи увидят 16 октября 2126 года. Астрономические календари публикуют карты полосы полного затмения и прилегающих зон частного затмения. Так что специалисты и астрономы-любители могут "не ждать милости от природы", а заранее выбрать удобное место для экспедиции.
Полное затмение - лучшее время для изучения солнечной атмосферы: серебристой короны и более низкого слоя - красной хромосферы, над которой вздымаются огненные фонтаны протуберанцев. Правда, астрономы ухитряются все это видеть и в обычный солнечный день, устраивая заслонку солнечному диску прямо в трубе телескопа.
Для фотографирования солнечного затмения полезно иметь два фотоаппарата. Один - для съемки частных фаз затмения, когда надо запечатлеть ослепительный солнечный серп. А другой - для внутренней и внешней корон Солнца.
2.2 Ультрафиолетовое излучение солнца
В излучении Солнца должно быть довольно много ультрафиолетовых лучей, значительно больше, чем это наблюдается с Земли, поскольку их поглощает земная атмосфера. Запуски беспилотных шаров-зондов, поднимавших на высоту 30 и более километров измерительные приборы и радиопередатчики, показали, что выше 25 - 28 километров температура воздуха растет, достигая максимума на уровне 30 - 35 километров. Еще выше температура снова падает, а интенсивность УФ-лучей увеличивается. Ученые сделали вывод, что на высоте 30 - 35 километров происходит интенсивное поглощение солнечного ультрафиолетового излучения с образованием озона - вещества, молекула которого состоит из трех (а не двух, как обычно) атомов кислорода. Озон очень сильно поглощает лучи с длинами волн короче 0,3 мкм, спасая нас от их опасного воздействия на кожу и органы зрения. Вот почему тревогу вызывает существование озоновых дыр - через эти разрывы в озоновом слое солнечные УФ-лучи достигают земную поверхность. Одной из причин разрушения озонового "щита" служат выбросы в атмосферу фторуглеродных соединений, широко используемых в холодильниках.
Но не только на образование озона расходуется энергия солнечных УФ-лучей.
Радиоволны, как и все электромагнитные волны, должны распространяться прямолинейно. Значит, поскольку Земля - шар, радиосвязь между Европой и Америкой невозможна? Итальянский радиотехник Гульельмо Маркони осуществил в 1901 году прямую радиосвязь между Англией и США, раз и навсегда доказав, что радио волны могут огибать земной шар. Для этого им надо отразиться от какого-то "зеркала", висящего над земной поверхностью на высоте 150 - 300 километров. Таким "зеркалом" служит ионизованные слои атмосферы, а источником ионизации - ультрафиолетовое излучение Солнца. Словом, УФ-лучи властно вторгаются в земные дела.
Теперь оставалось немногое: непосредственно измерить интенсивность УФ-излучения Солнца. Создание баллистических ракет позволило исследователям вынести аппаратуру за пределы земной атмосферы, на высоту более 100 километров. И первые же запуски увенчались успехом: УФ-излучение Солнца было обнаружено и измерено. Излучение с длинами волн короче 0,15 мкм связано уже не с видимой поверхностью Солнца, а с более высокими и горячими атмосферными слоями.
С развитием спутниковой астрономии исследования ультрафиолетового излучения Солнца стало ее обязательным компонентом. Причина ясна: УФ-излучение контролирует состояние ионизованных слоев атмосферы, а, следовательно, и условия радиосвязи на Земле, особенно в полярных районах.
Эта не слишком приятная зависимость от капризов Солнца стало ослабевать лишь в последние десятилетия, с развитием спутниковой связи.
2.3 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.
2.4 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.
2.5 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.
Рис.2. Пространственная плотность распределения микровспышек. Показано пять градаций, последняя из которых обозначена белым цветом внутри черного фона
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.
2.6 Активность Солнца и здоровье людей
Александр Леонидович 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 Чижевский 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. 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. Уилл. Ф.Л. Семья Солнца - Санкт-Петербург, издательство «Художественная литература», 1995г. - стр.45
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
Солнечная активность постоянно меняется и связана с магнитным полем Солнца. По мнению ученых, активизация зависит от спина (вращения). Чем больше угловая скорость, тем больше кинетическая энергия периферийных областей и соответственно больше потенциальная энергия ядра, что ведет к повышению интенсивности термоядерных реакций внутри светила. Спин Солнца всё время изменяется: то увеличивается, то уменьшается, хотя на практике мы можем говорить о крайне малых вариациях в пределах определенного диапазона. Это связано с тем, что Солнце, продвигаясь по внутригалактической орбите, как бы дрожит мы, поскольку "дрожим" вместе с Солнцем, замечаем это явление по бесконечным вариациям магнитного поля.
Если линейная скорость светила высока (объем, или ядро, обладает большой кинетической энергией и малой потенциальной, а периферийные области, наоборот, малой кинетической энергией и большой потенциальной), то мы можем сказать, что спин-орбитальный момент Солнца преобладает над спин-спиновым, масса звезды меньше, соответственно меньше сила притяжения, и планеты занимают дальние орбиты. В такие периоды Солнцу присущ более высокий энергетический уровень. Если же, напротив, линейная скорость уменьшается с ростом угловой (объем обладает малой кинетической энергией и большой потенциальной, а периферийные области большой кинетической и малой потенциальной), то спин-спиновый момент преобладает над спин-орбитальным, магнитное поле звезды растет, масса увеличивается, и планеты переходят на ближние орбиты. Общий энергетический уровень понижается, что противоречит стреле оптимальности постоянному стремлению к повышению уровня. В результате Солнечная система) оказывается в невыгодном энергетическом состоянии и самопроизвольно стремится изменить это состояние, т.е. заменить преобладание спин-спинового члена над спин-орбитальным преобладанием спин-орбитального над спин-спиновым. Как следствие Солнце постепенно замедляет свое вращение и остывает (в пределах цикла).
Литература
1. Энциклопедия для детей. Астрономия. - Москва, издательство "Аванта+", 2004г. - 560 стр.
2. Гуреев. Г.А. Земля и небо. - Москва, издательство "Сашко", 1993г. - 288стр.
3. Алексеева Л.М. Небесные сполохи и земные заботы. - Москва, издательство "Мир", 2003г. - 160стр.
4. Русин Н.П., Флит Л.Л. Солнце на земле. - Москва, издательство "Тригон", 1994г. - 166стр.
5. Уилл Ф.Л. Семья Солнца - Санкт-Петербург, издательство "Художественная литература", 1995 год. - 246стр.
6. Воронцов-Вельяминов Б.А., Страут Е.К., Астрономия. Учебник для 11-х классов. - Москва, издательство "Дрофа", 2003г. - 223стр.
Подобные документы
Энергия солнца. Гелиоустановки на широте 60°. Преобразователи солнечной энергии. Космические солнечные электростанции. Солнцемобиль сегодня. Россия, Украина и солнечная энергетика. Некоторые мировые изобретения. Новый солнечный модуль.
реферат [879,0 K], добавлен 20.10.2006Характеристика Солнца как источника энергии. Проектирование и постройка зданий с пассивным использованием солнечного тепла, способы уменьшения энергопотребления. Виды концентрационных станций, конструкции активной гелиосистемы и вакуумного коллектора.
реферат [488,8 K], добавлен 11.03.2012Использование солнечного излучения для получения энергии. Преобразование ее в теплоту и холод, движущую силу и электричество. Применение технологий и материалов для обогрева, охлаждения, освещения здания и промышленных предприятий за счет энергии Солнца.
презентация [457,4 K], добавлен 25.02.2015Проблема обеспечения электрической энергией многих отраслей мирового хозяйства. Основа современной мировой энергетики - тепло- и гидроэлектростанции. Идея использования тепловой энергии, тропических и субтропических вод океана. Энергия ветра и солнца.
реферат [22,0 K], добавлен 29.11.2008Преимущества использования солнечной энергии для отопления и горячего водоснабжения жилых домов. Принцип действия солнечного коллектора. Определение угла наклона коллектора к горизонту. Расчет срока окупаемости капитальных вложений в гелиосистемы.
презентация [876,9 K], добавлен 23.06.2015Солнечные электростанции как один из источников преобразования электроэнергии, принципы и закономерности их функционирования, внутреннее устройство и элементы. Порядок преобразования солнечной энергии в электрическую. Оценка энергетической эффективности.
презентация [540,5 K], добавлен 22.10.2014Общие сведения о солнце как источнике энергии. История открытия и использование энергии солнца. Способы получения электричества и тепла из солнечного излучения. Сущность и виды солнечных батарей. "За" и "против" использования солнечной энергии.
реферат [999,0 K], добавлен 22.12.2010Энергия как главная составляющая жизни человека. "Традиционные" виды альтернативной энергии: энергия Солнца и ветра, морских волн, приливов и отливов. Ветроэнергетические установки: общий вид, принцип действия, преимущества. Большой адронный коллайдер.
презентация [1,1 M], добавлен 21.05.2015Потенциальные возможности солнечной энергии, способы ее аккумулирования и преобразования в энергию, необходимую человеку для производственных и бытовых нужд. Развитие возобновляемой энергетики в России и на Урале. Установка солнечных батарей на зданиях.
реферат [32,8 K], добавлен 31.10.2012Количество солнечной энергии, попадающей на Землю, ее использование человеком. Способы пассивного применения солнечной энергии. Солнечные коллекторы. Технологический цикл солнечных тепловых электростанций. Промышленные фотоэлектрические установки.
презентация [3,3 M], добавлен 06.12.2015
