Доклад по физике на тему космическая погода
Обновлено: 18.05.2024
Еще на заре цивилизации первобытные люди догадались, что Солнце — источник жизни на Земле. Солнце давало им пищу, тепло, регулировало их жизнь. Солнце обожествляли, ему поклонялись, ему приносили жертвы. У всех народов Солнце было главным богом. Потребовалось около 1 млн лет, чтобы на смену обожествления Солнца пришли научные представления об истинной роли Солнца, о механизмах воздействия светила на биосферу и организм человека.
Невозмутимый строй во всем,
Созвучье полное в природе, —
Лишь в нашей призрачной свободе
Разлад мы с нею сознаем.
Откуда, как разлад возник?
До последнего времени биосфера чаще всего рассматривалась либо обособленно, либо в качестве подсистемы в системе океан — суша — атмосфера (ОСА). Система ОСА, как известно, в основном формирует состояние атмосферной погоды.
Атмосферная погода — физическое состояние системы ОСА в каждом месте в каждом интервале времени.
Климат — усредненное на достаточно большом временном интервале (например, десятки лет) состояние погоды. Естественно, что процессы в системе ОСА, как и вариации атмосферной погоды, влияют на биосферу и человека в частности.
В невозмущенных условиях магнитное поле Земли отклоняет солнечные заряженные частицы, формируя магнитосферу (верхняя панель). Со стороны Солнца граница магнитопаузы находится на расстоянии около 60 тыс. км от Земли. Когда после вспышки происходит выброс вещества из солнечной короны, облака плазмы сильно искажают магнитосферу (нижняя панель). При очень сильной солнечной буре возможно даже проникновение магнитопаузы в радиационные пояса Земли и их разрушение
Известно, что биосфера — объект не только земной, но и космический в том смысле, что она испытывает на себе влияние космических факторов — гравитации, процессов на Солнце, метеоров, потоков галактических лучей и т.д. Иначе говоря, биосфера в качестве подсистемы входит в систему Космос — Земля.
Космические факторы формируют состояние космической погоды.
Космическая погода — физическое состояние геокосмоса (т.е. верхней атмосферы, ионосферы и магнитосферы) в каждом месте в каждом интервале времени.
Международным сообществом принято следующее определение: космическая погода — это физическое и феноменологическое состояние природного космического окружения.
Космический климат — усредненное на достаточно большом временном интервале (например, десять циклов солнечной активности, около 110 лет) состояние космической погоды.
Целью исследования космической погоды и космического климата является понимание и предвидение состояния Солнца или других внешних источников с помощью наблюдений, мониторинга, анализа и моделирования, а также определение фактического состояния и прогнозирования возможного влияния на биологические и технические системы.
В последнее время появились основания утверждать, что обе погодные системы связаны между собой. Это означает, что на биосферу совместно (синергетически) воздействуют вариации как атмосферной, так и космической погоды.
Рис. 2. Схема взаимодействия подсистем в системе Солнце — МСМИА — Земля — биосфера (АГВ — акустико-гравитационные волны, представляющие собой волны плотности в атмосфере)
Каналы воздействия системы ОСА на биосферу изучены недостаточно, хотя сам факт воздействия (в частности, метеочувствительность человека) известен давно. Еще хуже дело обстоит со знанием механизмов влияния вариаций космической погоды на биосферу (человека). Факт же воздействия этих вариаций обсуждается с XIX века.
Высказывания о влиянии космоса на биосферу встречаются, например, в работах В.И. Вернадского — создателя учений о биосфере и ноосфере.
А.Л. Чижевский был убежден в следующем:
Мы дети Космоса. И наш родимый дом
Так спаян общностью и неразрывно прочен,
Что чувствуем себя мы слитыми в одном,
Что в каждой точке мир — весь мир сосредоточен.
И жизнь — повсюду жизнь в материи самой,
В глубинах вещества от края и до края
Торжественно течет в борьбе с великой тьмой,
Страдает и горит, нигде не умолкая.
Во второй половине ХХ века учение А.Л. Чижевского получило существенное развитие. Стало ясно, что на земные процессы могут значительно влиять вспышка сверхновой звезды в окрестности Солнечной системы, падение крупного метеорита и астероида, столкновение с кометой, прохождение Солнечной системы через галактическое облако молекулярного водорода и другие факторы. Благодаря этому гелиобиология по существу превратилась в космическую биологию.
Возможные влияния вариаций атмосферной и космической погоды, воздействие физических полей на биосферу изучались многими специалистами. Установлено, что указанные вариации существенно влияют на поведение биосферы, самочувствие и здоровье человека и, по-видимому, на социальные процессы. Из-за сложности процессов, многофакторности и синергетичности воздействий в системе Космос — Земля сами каналы влияния вариаций атмосферной и космической погоды изучены недостаточно.
В работах, посвященных этой тематике, отсутствовал системный взгляд на изучаемую проблему. Для выявления механизмов и каналов воздействия вариаций атмосферной и космической погоды необходим системный подход к системе Космос — Земля в целом, к системе Солнце — межпланетная среда — магнитосфера — ионосфера — атмосфера — Земля (Солнце — МСМИА — Земля) и, в частности, включение в эту систему биосферы и человека в качестве подсистемы.
Ниже изложены основы системного подхода к системе Солнце — МСМИА — Земля — биосфера, обсуждаются причины вариаций космической и атмосферной погоды, а также каналов воздействия этих вариаций на биосферу (человека).
ПРИМЕРЫ КАТАСТРОФИЧЕСКИХ СОБЫТИЙ
1. 24 марта 1940 г. сильнейшая ГБ стала причиной выхода из строя примерно 80% всех магистральных телефонных сетей в Миннеаполисе (штат Миннесота, США), нарушения электроснабжения целых районов в штатах Новая Англия, Нью-Йорк, Миннесота, Пенсильвания, Квебек и Онтарио.
2. 9-10 февраля 1958 г. ГБ вызвала нарушения работы телеграфной сети, сделала проблематичной трансатлантическую кабельную связь между Ньюфаундлендом и Шотландией, прервалась связь в Торонто (Канада).
3. 4 августа 1972 г. крайне сильная ГБ вызвала прекращение связи по кабелю между городами Плано и Каскад (США). Также вышел из строя мощный трансформатор на гидроэлектростанции в штате Британская Колумбия (США).
4. Сильная ГБ привела к непредвиденно быстрому торможению в атмосфере и падению 11 июля 1979 г. космической лаборатории Skylab
5. 13-14 марта 1989 г. сильнейшая ГБ стала причиной выхода из строя системы электроснабжения в Квебеке (Канада) мощностью в 20 ГВт. Электроэнергии лишились около 3 млн человек. Прервалась связь в декаметровом диапазоне радиоволн. В метровом диапазоне, напротив, резко увеличилась дальность распространения радиоволн, что существенно ухудшило помеховую обстановку. Орбита ряда ИСЗ уменьшилась на 3…7 км.
6. В течение ГБ, имевшей место в конце октября — начале ноября 2003 г., произошли аварии в энергосистеме г. Мальмо (Швеция), в штатах Нью-Йорк и Висконсин (США), нарушение функционирования систем телекоммуникаций и GPS-навигации, выход из строя многих ИСЗ разных стран (потеря связи, выход из строя телеметрии, отключение компьютеров и т. п.).
Из приведенных примеров видно, что ГБ — источник технологических катастроф.
ОСНОВЫ СИСТЕМНОЙ ПАРАДИГМЫ
Как известно, парадигма — совокупность исходных положений данной науки. Элементы системного подхода к системе Солнце — МСМИА — Земля — биосфера разрабатывались многими специалистами из различных областей науки. Определенный итог подведен в целом ряде работ автора.
Основные положения системной парадигмы сформулированы нами в 1980-х гг. Они сводятся к следующему.
1. Вариации атмосферной и космической погоды могут быть адекватно описаны в рамках системного подхода. Объектом исследования служит система Солнце — МСМИА — Земля.
2. Система Солнце — МСМИА — Земля обладает свойствами иерархии (многоуровневостью). В систему в качестве подсистемы входит биосфера (человек), образуя систему Солнце — МСМИА — Земля — биосфера.
3. Между подсистемами системы Солнце — МСМИА — Земля — биосфера имеют место прямые и обратные, положительные и отрицательные связи, порождая большое разнообразие процессов и явлений.
5. Солнце — МСМИА — Земля — биосфера — динамическая система, эволюционирующая во времени.
6. Солнце — МСМИА — Земля — биосфера — нелинейная система. Таким системам присущи совершенно нетривиальные свойства.
7. В системе Солнце — МСМИА — Земля — биосфера возможны усложнение, самоорганизация и саморазвитие за счет использования внешних источников энергии, излучения, массы и т. д.
Открытые динамические нелинейные системы, находящиеся в метастабильном (не вполне устойчивом) состоянии, сверхчувствительны к воздействию слабых внешних возмущений и флуктуаций. В подобных системах возможны неустойчивости, бифуркации (многовариантность эволюции), самоорганизация, перемежаемость квазидетерминированных и хаотических режимов, триггерные процессы и т. п.
Схематическое строение системы, формирующей вариации атмосферной и космической погоды, показано на рис. 1.
ПРИЧИНЫ ВАРИАЦИИ АТМОСФЕРНОЙ И КОСМИЧЕСКОЙ ПОГОДЫ
Вариации космической погоды в основном формируются нестационарными процессами на Солнце, в меньшей степени потоками галактических лучей, метеоров, падениями крупных космических тел, а также мощными земными, атмосферными, океаническими и антропогенными процессами.
Рассмотрим и сравним энергетику естественных (табл. 1) и антропогенных (табл. 2) процессов. Из таблиц видно, что энергии и мощности ряда естественных и антропогенных процессов могут быть сопоставимы. Это означает, что антропогенные процессы могут давать заметный вклад в формирование вариаций атмосферной и космической погоды, а отчасти и климата.
Взаимодействие между подсистемами в системе Солнце — МСМИА — Земля — биосфера осуществляется, прежде всего, при помощи потоков энергии и вещества. Важными переносчиками энергии и вещества являются волны различной физической природы, потоки тепла и частиц, включая высыпающиеся высокоэнергичные частицы.
СОЛНЕЧНЫЕ БУРИ — ОСНОВНАЯ ПРИЧИНА ВАРИАЦИЙ КОСМИЧЕСКОЙ ПОГОДЫ
Главной причиной вариаций космической погоды, а отчасти и вариаций атмосферной погоды являются нестационарные процессы на Солнце. К ним относятся вспышки электромагнитного и корпускулярного излучений, выбросы массы из короны Солнца (выбросы корональной массы), воздействие ударной волны в солнечном ветре, бомбардировка магнитосферы плазменными и магнитными облаками солнечного происхождения.
Схема взаимодействия подсистем при возмущениях на Солнце показана на рис. 2. Из рисунка, в частности, видно влияние вариаций потока солнечного ветра (солнечной активности) на проявление солнечно-погодных связей (взаимодействие двух погодных систем). Промежуточным звеном служит модуляция потоков галактических космических лучей.
Нестационарные процессы на Солнце и прежде всего выбросы корональной массы вызывают геокосмические бури.
Энергетические характеристики геокосмической бури приведены в табл. 5. Из табл. 5 видно, что в процессе бури больше всего изменяется энергия электрического поля во всех внешних оболочках Земли. Существенно также варьируется тепловая энергия ионосферы. Магнитные возмущения обычно невелики, но их роль может быть значительной.
КОСМИЧЕСКИЕ ПРИЧИНЫ ВАРИАЦИЙ КОСМИЧЕСКОЙ ПОГОДЫ
Другими, менее интенсивными или более редкими, причинами вариаций атмосферной и космической погоды космического происхождения являются метеорные потоки и падения достаточно крупных космических тел.
Метеорные потоки привносят в систему вещество из космоса, формируют в ионосфере пылевую плазму, нагревают верхнюю атмосферу, создают дополнительную ионизацию и, что особенно важно для биосферы, являются источниками инфразвуковых волн.
Падения крупных космических тел сопровождаются генерацией возмущений электрического, магнитного, электромагнитного и инфразвукового полей, существенно воздействующих на биосферу (человека).
Содержание
Геомагнитная активность
К геомагнитным эффектам космической погоды в основном относятся магнитные суббури и магнитные бури.
Космическая радиация
Влияние на распространение радиоволн
Существование многих видов радиоволн и их применение для радиосвязи становятся возможными только благодаря наличию ионосферы. Различные возмущения ионосферы оказывают существенное влияние на распространение радиоволн вплоть до их полного поглощения или отражения, в результате чего радиосвязь между отдельными регионами на Земле может иметь заметные помехи или вовсе отсутствовать в некоторых частотных диапазонах длительное время. Изменение состояния ионосферы при активных процессах на Солнце происходит за счет возрастания потока ионизирующего излучения от Солнца, как электромагнитного — в основном рентгеновского, гамма и ультрафиолетового излучения (достигает Земли за 8 минут), так и корпускулярного — солнечные космические лучи (достигают Земли за время от нескольких десятков минут до суток), а также за счет возрастания геомагнитной активности.
Изменение орбит спутников
Изменения орбит спутников происходит в результате нагрева верхней атмосферы, увеличения её размеров, возрастания концентрации и силы трения на отдельных участках траектории спутника. Это приводит к торможению спутника, изменению его орбиты и даже возможному падению. С этим эффектом связывается падение американского космического аппарата Скайлэб(Skylab) в 1979 г.
Геоиндуцированные токи
Магнитосферные и ионосферные электрические токи создают на поверхности Земли вариации геомагнитного и геоэлектрического поля, вызывающие так называемые геоиндуцированные (паразитные) токи (ГИТ) в длинных(многокилометровых) проводящих системах. Если в магнитоспокойное время эти вариации незначительны, то в магнитоактивные периоды ГИТ могут достигать десятки и даже сотни ампер, влияя на работу систем энергоснабжения, а также целого ряда других наземных технических систем, в которых длинные проводящие линии являются необходимым компонентом (трубопроводы, линии связи, железные дороги). Наиболее известной в этом смысле стала авария, вызванная магнитной бурей 13 марта 1989 г., в ходе которой 6 миллионов человек и большая часть промышленности канадской провинции Квебек на 9 часов остались без электричества.
Влияние на биологические объекты
Следует отметить, что прогноз и профилактика эффектов космической и земной погоды должны быть адресными, и адресоваться, в основном, специалистам, работающим с группами риска, для того чтобы не вызывать излишнего ажиотажа и ложных стрессов у мнительных, но не метео- или магниточувствительных людей, и применения профилактических и лечебных средств теми, кто в них не нуждается.
Предсказание эффектов космической погоды
В настоящее время точные математические модели, описывающие процессы солнечно-земной физики, отсутствуют. Поэтому в основу прогнозов положены феноменологические, вероятностные модели, то есть модели, описывающие последовательность физических явлений, каждый шаг которой может выполняться с некоторой вероятностью менее 100 % и вероятность реализации полной цепочки может быть ниже порога, когда ее можно учитывать на практике. Используют 27-45 -суточный, 7- суточный, 2- суточный и 1- часовой прогноз. Каждый из этих типов прогнозов использует разность в скорости электромагнитного сигнала и скорости распространения возмущения и опирается на дистанционное наблюдение явления на Солнце или локальное измерение вблизи Земли.
27-45 -суточный прогноз опирается на текущие наблюдения Солнца и предсказывает возмущения на Солнце в период, когда через оборот Солнца, составляющий 27 суток, в сторону Земли будет обращена та же сторона Солнца.
7- суточный прогноз опирается на текущие наблюдения Солнца вблизи восточного лимба и предсказывает возмущения Солнца, когда область вблизи лимба переместится к линии Солнца-Земля (к центральному меридиану).
2- суточный прогноз опирается на текущие наблюдения Солнца, когда вблизи центрального меридиана произошли явления, которые могут повлечь за собой возмущения в околоземном пространстве (возмущения плазмы от Солнца к Земле распространяются в среднем от 1.5 до 5 суток, солнечные космические лучи — несколько часов).
1-часовой прогноз опирается на прямые измерения параметров плазмы и магнитного поля на космических аппаратах, расположенных, как правило, в передней либрационной точке L1 на расстоянии 1.5 млн.км от Земли вблизи линии Солнце Земля.
Надежность 2-суточного и 1-часового прогноза составляют, соответственно, около 30-50 % и 95 %. Остальные прогнозы носят лишь общий информационный характер и имеют ограниченное практическое применение.
Литература
Солнечная и солнечно-земная физика. Иллюстрированный словарь терминов, пер. с англ., М., 1980.
Физика космоса. Маленькая энциклопедия / Под ред. Р. А. Сюняева. М.: Сов. энциклопедия, 1986. 783 с.
Плазменная гелиогеофизика / Под ред. Л. М. Зеленого, И. С. Веселовского. В 2-х т. М.: Физ-матлит, 2008. Т. 1. 672 с.; Т. 2. 560 с.
Таковым было крупнейшее последствие влияния космической погоды на деятельность человека, (и пожалуй крупнейшим просчётом NASA в прогнозах за всю его историю), послужившим к потере станции стоимостью в 2,5 млрд $. Второе событие, по степени тяжести, оказалось отключение электричества на 9 часов в провинции Квебек (Канада) в 1989 году, от которого пострадало 6 млн. человек (ущерб оценивается в 30 млн. $). В продолжении статьи о солнечной активности, я расскажу о том, как космическая погода (являющаяся её проявлением) влияет на деятельность человека.
Так или иначе, большинство проявлений космической погоды связано с магнитным полем Земли, так что начать я предлагаю с рассмотрения его структуры:
Магнитосфера Земли
Взаимодействие солнечного ветра (и корональных выбросов) с магнитным полем Земли начинается на расстоянии около 10 земных радиусов, образованием головной ударной волны. В этом месте сверхзвуковой поток ионизированных частиц резко тормозится до дозвуковой скорости, и уплотняется. Во время минимума 11-летнего цикла ударная волна отодвигается дальше от Земли (за счёт ослабления потока солнечного ветра), во время максимума — приближается к Земле.
В области магнитопаузы магнитное поле Земли окончательно превосходят по своей силе солнечные, и заряженные частицы начинают двигаться по его линиям индукции (в промежутке между этими областями располагается магнитослой). В противоположной от Солнца стороне располагается магнитный хвост, который прослеживается до тысячи земных радиусов.
Наклонение оси Земли (на 23°), и отклонение геомагнитных полюсов от этой линии (ещё примерно на 11°) приводит к тому, что магнитный диполь Земли наклоняется относительно плоскости эклиптики примерно на ±35° в ходе (на схеме это не показано).
Большая часть заряженных частиц беспрепятственно огибает магнитное поле, но в моменты, когда внешние возмущения поля приводят к пересоединению магнитного поля — заряженные частицы отбрасываются к полярным каспам, попутным образованием полярных сияний). Захваченные таким образом вещество, являются основным источником заряженных частиц в плазмосфере Земли (области, содержащих холодную плазму).
Важность магнитного поля в плане защиты планеты и космонавтов от пагубного влияния Солнца значительно преувеличено. Так Марс (не имеющий полноценного магнитного поля), в процессе диссипации теряет примерно 8,5 тонн своей атмосферы в сутки, при этом Земля — теряет около 90 тонн. Защита космонавтов от солнечных космических лучей составляет 200 — 10 000 раз, но защита от корональных выбросов, составляет только 10 — 20 раз (при этом меньшей защите соответствует события большей степени тяжести). Это никак не может сравниться с защитой атмосферы, составляющей многие порядки величины.
Радиационные пояса Земли
Наиболее значительной среди таких аномалий является Южно-Атлантическая аномалия (ЮАА), в которой внутренний радиационный пояс опускается до высоты в 200 км. Она является основным источником сбоев низкоорбитальных спутников, и вносит значительную долю в облучение космонавтов (примерно 15-20%).
Основным источником частиц в радиационных поясах Земли являются частицы космического ветра, проникающие туда через полярные каспы. Однако есть ряд других источников: взаимодействие галактических космических лучей с частицами атмосферы образуют потоки вторичных частиц (вносящее основной вклад в протоны с энергией в 20-30 МэВ, и электронов с энергией 0.1-1 ГэВ); аномальные космические лучи (представляющие из себя однократно- или двукратно- заряженные атомы с энергией порядка 10-20 МэВ); солнечные вспышки (вклад в протоны с энергией больше 1 МэВ); ионосфера (частицы с энергией до нескольких сотен кэВ).
Солнечные вспышки и корональные выбросы массы
Солнечные вспышки распространяются со скоростью света, и достигают Земли уже через 8,5 минут. Солнечные космические лучи пребывают к Земле через несколько часов. Однако основной источник магнитных бурь (корональные выбросы) — распространяются в среднем со скоростью в 470 км/с, при максимальной скорости чуть выше 3000 км/с, что даёт время прибытия к Земле основной бури в диапазоне 0,5-5 дней.
Дальнейшее развитие событий сильно зависит от направления магнитного поля коронального выброса: если оно сонаправленно с магнитным полем Земли — то поток заряженных частиц большей частью просто огибает его; если же они направлены в противоположные стороны — поток частиц начинает интенсивно тормозиться, параллельно прижимая головную ударную волну ближе к Земле (до 6-8 радиусов Земли в среднем). В случаях самых мощнейших геомагнитных бурь — ударная волна может прижиматься практически к самой атмосфере:
Геомагнитные бури
За месяц может происходить от 0 до 8 геомагнитных бурь (в зависимости от периода 11-летнего цикла). Возмущения магнитного поля, создаваемые во время бури, неравномерны, и растут от минимума на экваторе, до максимума на широтах 62-67°. Средняя мощность поступления энергии в магнитосферу (посредством солнечного ветра) — составляет 3*10 11 Вт (это на порядок меньше текущего производства электроэнергии в мире). При этом полная энергия отдельной геомагнитной бури может достигать 2*10 21 Дж, но её выделение растягивается на несколько дней, поэтому магнитные возмущения в ходе бурь — довольно слабы. Но генерируемые ими в длинных проводящих линиях геоиндуцированные токи (ГИТ) могут достигать десятков и сотен ампер, приводя к целому ряду нежелательных эффектов:
В линиях электропередач такие паразитные токи могут приводить к повышенному нагреву трансформаторов, снижению их эффективности, и даже выходу из строя (самым показательным случаем стал Квебек, 13 марта 1989 года). В случае линий связи — это может вызывать помехи, вплоть до полной потери связи на несколько часов/дней (самый показательный случай произошёл 1-2 сентября 1859 года, за 23 года до появления первой электростанции в мире, так что ущерб был не столь велик). В случае трубопроводов, это может вызывать снижение эффективности катодной защиты, предназначенной для борьбы с коррозией (этот эффект носит кумулятивных характер, и проявляется не сразу). В случае железных дорог, это может выводить из строя различную автоматику, подключенную к железнодорожному полотну.
Однако эти токи не являются запредельными, и учёт их во время проектирования проводящих линий, в купе с различными техническими приёмами — позволяют избежать выхода оборудования из строя даже в случае самых тяжёлых геомагнитных бурь. Бури также приводят к другому интересному явлению:
Полярные сияния
Воздействие заряженных частиц привод не только к красивому свечению, но и практически к полному блокированию коротковолновой связи в полярных областях на срок до нескольких дней (за счёт нарушения процесса отражения сигнала от ионосферы). Данные эффекты влияют и на более коротковолновое излучение: так замедление процесса прохождения дециметровых волн через ионосферу, приводит к тому, что точность систем спутниковой навигации может падать на порядок (до 50 м), в данных областях.
Второй отраслью, по радиационному облучению её работников является не атомная (как многие могли бы подумать), а авиация: на высотах, используемой гражданской авиацией (около 10 км) большая часть атмосферы, хорошо экранирующая все виды космических лучей — оказывается под вами. Но даже так, средняя доза облучения лётного состава в США составляет только 3,01 мЗв/год (что всё ещё в 6,5 раз меньше нормативов у нас, и в 2 раза меньше стандартов Евросоюза). Для обычных же пассажиров, не проводящих значительную часть жизни в небе, бояться в большинстве случаев и вовсе не о чём.
Однако в ходе геомагнитной бури ситуация может кардинально меняться: проникающие при этом в атмосферу заряженные частицы генерируют тормозное излучение, которое всё ещё безопасно на поверхности Земли, но вот на высотах, на которых происходит полёт — радиационный фон ощутимо повышается, и с ним приходится считаться. Это приводит к тому, что трассы полётов, проходящие вблизи полюсов Земли, в данные периоды времени могут значительно смещать по направлению к экватору (это также связано с желанием избежать тех зон, где связь с самолётами может нарушаться). К счастью, такого рода полётов и так происходит довольно мало (данные за 2009 год):
Для целей подсчёта дозы, которую вы можете получить в процессе полёта, Федеральное управление гражданской авиации США выпустило специальное приложение.
Влияние на Землю
Общая светимость Солнца в ходе 11-летнего цикла меняется всего на 0,1%, однако в конкретных областях — изменения могут быть значительно выше: так изменения в ультрафиолетовом диапазоне спектра могут составлять 6-8%, и приводить к увеличению выработки озона в атмосфере Земли (являющимся парниковым газом), во время солнечных максимумов. С другой стороны, этому периоду времени сопутствует учащение полярных сияний, в ходе которых заряженные частицы могут проникать вплоть до высот в 25-30 км, и вызывать разрушение озона в полярных областях (вплоть до 20% от общей концентрации, за одно событие).
Другим доказанным путём влияния на атмосферу, является облачность (хоть и не прямое влияние, а опосредованное). Выглядит оно следующим образом: поток галактических космических лучей, сталкиваясь с частицами атмосферы, образует ливень вторичных частиц, максимум которых наблюдается в районе верхней границы тропосферы. Эти вторичные частицы — становятся точками конденсации водяного пара в атмосфере, что приводит к образованию облаков. Облака — снижают среднюю прозрачность нашей атмосферы. В итоге во время солнечного максимума прозрачность атмосферы увеличивается, а во время минимума — снижается.
Влияние на космонавтику
Для низкоорбитальных аппаратов наибольшую угрозу представляют вариации плотности верхней атмосферы в ходе 11-летнего цикла: до высоты примерно 150 км влияние Солнца на плотность атмосферы минимально, но с этой высоты оно начинает расти, достигая на высотах в 500-600 км разницы на порядок между солнечным минимумом и максимумом (в максимуме она оказывается плотнее, за счёт роста плотности солнечного ветра, и ультрафиолетового излучения). Это может вынуждать аппараты увеличивать частоту орбитальных манёвров для поддержания своей орбиты с 4 раз в год (во время солнечного минимума), до одного раза за 2-3 недели (во время максимума).
Сравнение времени жизни аппаратов КОРОНАС-И (вверху) и КОРОНАС-Ф (внизу), запускавшихся на полярную орбиту высотой около 500 км, около минимума и максимума 23-го солнечного цикла соответственно.
Для аппаратов отдельную угрозу представляет статическое электричество, которой возникает при бомбардировке их электронами прибывающими к нам с солнечным ветром, корональными выбросами, или высыпаемые из внешнего радиационного пояса, в ходе возмущений магнитного поля Земли.
Наибольшей тяжести подвергаются геостационарные спутники, орбита которых (составляющая 6,6 земных радиусов) во время крупных геомагнитных бурь выходит за пределы головной ударной волны (в передней её части). Тем самым они оказываются вынуждены периодически проходить через самые возмущённые области магнитосферы Земли, и экспонироваться прямому потоку коронарных выбросов массы. Это накладывает жёсткие ограничения по радиационной стойкости для элементарной базы данных аппаратов, и необходимости особо тщательного продумывания защиты от статического электричества, так как аппараты на этой орбите должны существовать десятки лет.
Прогноз космической погоды
Наиболее отдалённым прогнозами, использующимися на практике — являются 45 и 27-дневный. Хотя они и имеют низкую точность, они уже применяются при планировании деятельности космонавтов: в основе него лежит такое распределение их работ, чтобы выход космонавтов в открытый космос происходил во время, когда Солнце поворачивается к нам наименее активной областью (с наименьшим числом пятен).
Точность 3-х дневного прогноза уже достигает 30-50%, но максимальную точность (около 95% и выше) — может дать только часовой прогноз, получаемый со спутников в точке Лагранжа L1 (отстоящая от Земли на 1,5 млн. км по направлению к Солнцу). Сейчас таких спутников два: это запущенный ещё 25 августа 1997 года ACE, и недавно выведенный на орбиту (9 февраля 2015 года) аппарат DSCOVR. Столь невысокие показатели точности обуславливаются тем, что межпланетное магнитное поле, создаваемое вращающимся Солнцем — носит характер спиральной структуры:
Данная работа была представлена на областную научную конференцию школьников и студентов Иркутской области, посвященной 50-летию полета первого человека в космос.
| Вложение | Размер |
|---|---|
| Солнечная активность и космическая погода.doc | 201.5 КБ |
Предварительный просмотр:
Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение
Коченёвская средняя общеобразовательная школа №2
«Влияние положительной эмоциональной настроенности ребенка
Выполнила: учитель иностранных языков
Сейчас мы с полной уверенностью можем сказать, что данные умозаключения ошибочны.
Познавательные процессы, разворачивающиеся в ходе учебной деятельности, почти всегда сопровождаются положительными и отрицательными эмоциональными переживаниями. Это объясняется тем, что эмоциональные состояния и чувства способны оказывать регулирующее влияние как на процессы восприятия, памяти, мышления, воображения, так и на личностные проявления (интересы, потребности, мотивы и др.).
Исследования показывают, что лучше запоминается та информация, которая соответствует настроению. Также установлено, что ребята лучше воспроизводят позитивные события, когда находились в положительном настроении; и наоборот, негативные события воспроизводились лучше при плохом настроении.
Рассмотрим краткую характеристику основных видов положительных эмоций.
1. Интерес-волнение — положительная эмоция, которая мотивирует обучение, способствует творческой деятельности, положительно влияет на внимание, увлеченность и любознательность по отношению к объекту интереса.
2. Радость — максимально желаемая эмоция, однако, скорее, является побочным продуктом действий и условий; состояние радости связано с чувством уверенности и собственной значимости.
3. Удивление возникает под влиянием внезапного события, способствует освобождению от предыдущей эмоции и направляет на объект, вызвавший удивление. Аристотеля о том, что познание начинается с удивления, которое, по его мнению, позволяет ребенку замечать и обращать внимание на то, что раньше проходило мимо его сознания.
Внушенное приподнятое настроение ведет к уменьшению воспроизведения негативных и увеличению позитивных событий. Настроение влияет на запоминание слов, фраз, рассказов, эпизодов личной биографии.
Эмоциональное состояние ребенка влияет также на процесс развития мышления. Оказалось, что никакое движение мыслительного процесса невозможно без эмоций. Эмоции сопровождают наиболее творческие виды мыслительной деятельности. Даже искусственно вызванные положительные эмоции могут оказать положительное влияние на решение задач. В хорошем настроении у ребенка наблюдается большее упорство, он решает большее количество задач, чем при нейтральном состоянии.
Для этого внимание ученика можно переключить, попросив помочь решить ту же задачу кому-либо из одноклассников или включиться вместе с ним в поиск вариативных способов и подходов анализа сложившейся учебной ситуации. Это поможет преодолеть те трудности, которые вызваны чрезмерным волнением или озабоченностью в связи с желанием успешно выполнить поставленную проблему.
Широко известен закон Йеркса и Додсона, отражающий зависимость продуктивности и успешности деятельности от степени эмоционального напряжения. Ими было доказано, что при увеличении эмоционального возбуждения продуктивность вначале быстро растет, затем ее рост замедляется и достигает некоторого критического уровня, далее наблюдается ее снижение, вначале едва заметное, а затем уже и резкое. Чем значимее выполняемая работа, чем больше стремление ее во что бы то ни стало завершить, тем выше эмоциональное напряжение, которое истощает человека и не приводит к желаемому результату.
Положительные эмоции обеспечивают не только более высокие результаты учебной деятельности, но и определенный эмоциональный тонус. Без них легко наступает вялость, агрессивность, а иногда и более выраженные эмоциональные состояния: аффекты, фрустрации, депрессии. Созвучие эмоциональных состояний обеспечивает и родителям, и учителям, и ученикам широкий спектр положительных эмоций, обусловливает стремление радовать друг друга своими успехами, способствует установлению доверительных межличностных отношений, сохраняет высокую учебную мотивацию в течение достаточно длительного времени.
Итак, процесс усвоения знаний и эмоции динамически взаимосвязаны и взаимозависимы с точки зрения неврологии и психологии. Отсюда следует, что эмоции и усвоение учебного материала не просто взаимосвязаны, но их взаимодействие необходимо для адаптивного обучения.
В открытом космосе не помогут ни шорты, ни шуба — нужен специальный костюм
Погода в космосе
Интересный факт: самая холодная температура воздуха на нашей планете была зафиксирована в 1983 году, на территории Антарктиды. Тогда столбики термометров опустились до -89,15 градусов Цельсия
Экстремальные условия космоса
Итак, по словам ученых, в открытом космосе температура равна -273,15 градусам Цельсия. Но это совершенно не значит, что все попадающие в космос объекты мгновенно обретают ту же температуру. Как и на поверхности нашей планеты, космические корабли, спутники и другие объекты могут нагреваться и охлаждаться, причем до экстремальных уровней. Но передача тепла в космосе возможна только одним способом.
Вообще, существует три способа передачи тепла:
- проводимость, которую можно наблюдать при нагревании металлического стержня — если нагреть один конец, со временем горячей станет и противоположная часть;
- конвекция, которую можно наблюдать, когда теплый воздух перемещается из одной комнаты в другую;
- излучение, когда испускаемые космическими объектами элементарные частицы вроде фотонов (частиц света), электронов и протонов объединяются, образуя движущиеся частицы.
Как вы уже догадались, в космосе объекты нагреваются под воздействием активности элементарных частиц — ведь мы уже выяснили, что температура является результатом движений молекул? Фотоны и другие элементарные частицы могут излучаться Солнцем и другими космическими объектами.
Насколько сильно и быстро будут нагреваться или охлаждаться попавшие в космос объекты, напрямую зависит от их местоположения относительно звезд и планет, размеров, формы и так далее. Например, летящий в космосе космический корабль будет буквально раскален со стороны Солнца, а его теневая сторона будет очень холодной. Чем дальше корабль находится от небесного светила — тем сильнее будет разница в степени нагрева.
При строительстве космических кораблей важно учитывать экстремальные изменения температур
Международная космическая станция постоянно находится под воздействием солнечного света. Сторона, которая обращена к Солнцу, нагревается до 260 градусов Цельсия. Теневая сторона, в свою очередь, охлаждена до 100 градусов Цельсия. Экипажу космической станции иногда приходится выходить на поверхность конструкции и подвергаться резким сменам температур. Поэтому их костюмы оснащены системой нагрева и охлаждения, благодаря которой исследователи космоса чувствуют себя относительно комфортно.
О том, какие бывают скафандры, недавно писал мой коллега Артем Сутягин. Оказывается, они бывают не только космическими.
Чем дальше от Солнца расположены космические объекты, тем они холоднее. Например, температура на Плутоне, которая расположена очень далеко, равняется -240 градусам Цельсия. А самое холодное место во Вселенной расположено в туманности Бумеранг — температурный режим в этом регионе равен -272 градусам Цельсия.
В общем если вы когда-нибудь фантастическим образом окажетесь в открытом космосе, вам понадобится костюм, внутри которого температура будет регулироваться автоматически. Но резкие изменения температуры — не единственная проблема, которая будет вас поджидать. В космическом пространстве человеческое тело терпит много изменений, о которых можно почитать в этом материале.
Читайте также: