Реферат на тему солнечная активность

Обновлено: 02.07.2024

В настоящее время все больше людей нашей планеты осознают влияние солнечной активности на многие процессы, идущие на Земле, непосредственно определяющие условия жизни и здоровье людей. Так возникла идея исследовать влияние солнечной активности на Землю.

2. Объект и предмет исследования

Объект исследования : Солнце

Предмет исследования : солнечная активность

3. Цель исследования

Определить влияние солнечной активности на многие процессы, идущие на Земле, непосредственно определяющие условия жизни и здоровье людей.

Сопоставить пики солнечной активности с событиями, имеющими общественное значение в мировой истории.

5. Основные методы исследования

Анализ содержания физико – астрономической литературы

5.1.2. Общие сведения

Проходя сквозь атмосферу Земли, солнечное излучение теряет в энергии примерно 370 Вт/м², и до земной поверхности доходит только 1000 Вт/м² (при ясной погоде и когда Солнце находится в зените). Эта энергия может использоваться в различных естественных и искусственных процессах. Самая заметная вариация в видимом положения Солнца на небе – его колебание вдоль направления север – юг с амплитудой 47° (вызванное наклоном плоскости эклиптики к плоскости небесного экватора, равным 23,5°). Существует также другая компонента этой вариации, направленная вдоль оси восток – запад и вызванная увеличением скорости орбитального движения Земли при её приближении к перигелию и уменьшением – при приближении к афелию. Первое из этих движений (север – юг) является причиной смены времён года.

Земля проходит через точку афелия в начале июля и удаляется от Солнца на расстояние 152 млн км., а через точку перигелия – в начале января и приближается к Солнцу на расстояние 147 млн км. Видимый диаметр Солнца между этими двумя датами меняется на 3 процента. Поскольку разница в расстоянии составляет примерно 5 млн. км, то в афелии Земля получает примерно на 7% меньше тепла. Таким образом, зимы в северном полушарии немного теплее, чем в южном, а лето немного прохладнее.

Солнце – магнитноактивная звезда. Она обладает сильным магнитным полем, напряжённость которого меняется со временем, и которое меняет направление приблизительно каждые 11 лет, во время солнечного максимума. Вариации магнитного поля Солнца вызывают разнообразные эффекты, совокупность которых называется солнечной активностью и включает в себя такие явления как солнечные пятна, солнечные вспышки, вариации солнечного ветра и т. д., а на Земле вызывает полярные сияния в высоких и средних широтах и геомагнитные бури, которые негативно сказываются на работе средств связи, средств передачи электроэнергии, а также негативно воздействует на живые организмы, вызывая у людей головную боль и плохое самочувствие. Предполагается, что солнечная активность играет большую роль в формировании и развитии Солнечной системы. Она также оказывает влияние на структуру земной атмосферы.

5.1.3. Жизненный цикл

Текущий возраст Солнца (точнее – время его существования на главной последовательности), оценённый с помощью компьютерных моделей звёздной эволюции, равен приблизительно 4,57 миллиарда лет. Звезда такой массы, как Солнце, должна существовать на главной последовательности в общей сложности примерно 10 миллиардов лет. Таким образом, сейчас Солнце находится примерно в середине своего жизненного цикла. На современном этапе в солнечном ядре идут термоядерные реакции превращения водорода в гелий. Каждую секунду в ядре Солнца около 4 миллионов тонн вещества превращается в лучистую энергию, в результате чего генерируется солнечное излучение и поток солнечных нейтрино.

5.1.4. Внутреннее строение Солнца

Строение Солнца. В центре Солнца находится солнечное ядро. Фотосфера – это видимая поверхность Солнца, которая и является основным источником излучения. Солнце окружает солнечная корона, которая имеет очень высокую температуру, однако она крайне разрежена, поэтому видима невооружённым глазом только в периоды полного солнечного затмения.

Центральная часть Солнца радиусом примерно 150 000 километров, называется солнечным ядром, в которой идут термоядерные реакции. Плотность вещества в ядре составляет примерно 150 000 кг/м³ (в 150 раз выше плотности воды и в ~6,6 раз выше плотности самого тяжёлого металла на Земле — осмия), а температура в центре ядра – более 14 миллионов градусов. Анализ данных, проведённый миссией SOHO, показал, что в ядре скорость вращения Солнца вокруг своей оси значительно выше, чем на поверхности. В ядре осуществляется протонная термоядерная реакция, в результате которой из четырёх протонов образуется гелий-4. При этом каждую секунду в энергию превращаются 4,26 миллиона тонн вещества, однако эта величина ничтожна по сравнению с массой Солнца – 2·10 27 тонн.

Зона лучистого переноса

Над ядром, на расстояниях около 0,2 – 0,7 радиуса Солнца от его центра, находится зона лучистого переноса, в которой отсутствуют макроскопические движения, энергия переносится с помощью переизлучения фотонов.

Конвективная зона Солнца

Ближе к поверхности Солнца возникает вихревое перемешивание плазмы, и перенос энергии к поверхности совершается преимущественно движениями самого вещества. Такой способ передачи энергии называется конвекцией, а подповерхностный слой Солнца, толщиной примерно 200 000 км, где она происходит – конвективной зоной. По современным данным, её роль в физике солнечных процессов исключительно велика, так как именно в ней зарождаются разнообразные движения солнечного вещества и магнитные поля.

Фотосфера (слой, излучающий свет) достигает толщины ~320 км и образует видимую поверхность Солнца. Из фотосферы исходит основная часть оптического (видимого) излучения Солнца, излучение же из более глубоких слоёв до неё уже не доходит. Температура в фотосфере достигает в среднем 5800 К. Здесь средняя плотность газа составляет менее 1/1000 плотности земного воздуха, а температура по мере приближения к внешнему краю фотосферы уменьшается до 4800 К. Водород при таких условиях сохраняется почти полностью в нейтральном состоянии.

Хромосфера (от др.-греч. χρομα – цвет, σφαίρα – шар, сфера) – внешняя оболочка Солнца толщиной около 10 000 км, окружающая фотосферу. Происхождение названия этой части солнечной атмосферы связано с её красноватым цветом, вызванным тем, что в её видимом спектре доминирует красная H-альфа линия излучения водорода. Верхняя граница хромосферы не имеет выраженной гладкой поверхности, из неё постоянно происходят горячие выбросы, называемые спикулами (из-за этого в конце XIX века итальянский астроном Секки (англ.), наблюдая хромосферу в телескоп, сравнил её с горящими прериями). Температура хромосферы увеличивается с высотой от 4000 до 15 000 градусов.

Из внешней части солнечной короны истекает солнечный ветер – поток ионизированных частиц (в основном протонов, электронов и α-частиц), имеющий скорость 300—1200 км/с и распространяющийся, с постепенным уменьшением своей плотности, до границ гелиосферы.

Многие природные явления на Земле связаны с возмущениями в солнечном ветре, в том числе геомагнитные бури и полярные сияния.

Корона – последняя внешняя оболочка Солнца. Несмотря на её очень высокую температуру, от 600 000 до 5 000 000 градусов, она видна невооружённым глазом только во время полного солнечного затмения, так как плотность вещества в короне мала, а потому невелика и её яркость.

Магнитные поля Солнца

5.1.5. Солнечная активность и солнечный цикл

Ядерные реакции, происходящие в ядре Солнца, приводят к образованию большого количества электронных нейтрино. Предлагалось два главных пути решения проблемы солнечных нейтрино. Во-первых, можно было модифицировать модель Солнца таким образом, чтобы уменьшить предполагаемую температуру в его ядре и, следовательно, поток излучаемых Солнцем нейтрино. Во-вторых, можно было предположить, что часть электронных нейтрино, излучаемых ядром Солнца, при движении к Земле превращается в нерегистрируемые обычными детекторами нейтрино других поколений (мюонные и тау-нейтрино). Сегодня понятно, что правильным, скорее всего, является второй путь.

Проблема нагрева короны

Предполагается, что энергия для нагрева короны поставляется турбулентными движениями подфотосферной конвективной зоны. При этом для переноса энергии в корону предложено два механизма. Во-первых, это волновое нагревание – звук и магнитогидродинамические волны, генерируемые в турбулентной конвективной зоне, распространяются в корону и там рассеиваются, при этом их энергия переходит в тепловую энергию корональной плазмы. Альтернативный механизм – магнитное нагревание, при котором магнитная энергия, непрерывно генерируемая фотосферными движениями, высвобождается путём присоединения магнитного поля в форме больших солнечных вспышек или же большого количества мелких вспышек.

5.1.6. История наблюдений за Солнцем

С самых ранних времён человечество отмечало важную роль Солнца – яркого диска на небе, несущего свет и тепло. Во многих доисторических и античных культурах Солнце почиталось как божество. Культ Солнца занимал важное место в религиях цивилизаций Египта, инков, ацтеков. Многие древние памятники связаны с Солнцем: например, каменные мегалиты, точно отмечают положение летнего солнечного солнцестояния (одни из крупнейших мегалитов такого рода находятся в Набта-Плайя (Египет) и в Стоунхендже (Англия)), пирамиды в Чечен-Ице (Мексика) построены таким образом, чтобы тень от земли скользила по пирамиде в дни весеннего и осеннего равноденствий, и т. д. Древнегреческие астрономы, наблюдая видимое годовое движение Солнца вдоль эклиптики, считали Солнце одной из семи планет. В некоторых языках Солнцу, наравне с планетами, посвящён день недели.

Солнце – далеко не самая мощная звезда из всех существующих, но оно находится относительно близко к Земле и поэтому светит очень ярко – в 500 000 раз ярче полной Луны. Поэтому невооружённым глазом, а тем более в бинокль или телескоп, смотреть на Солнце днём крайне опасно – это наносит необратимый вред зрению. Наблюдения Солнца невооружённым глазом без урона зрению возможны лишь на восходе или закате (тогда блеск Солнца ослабевает в несколько тысяч раз), или днём с применением светофильтров. При любительских наблюдениях в бинокль или телескоп также следует использовать затемняющий светофильтр, помещённый перед объективом. Однако лучше пользоваться другим способом – проецировать солнечное изображение через телескоп на белый экран. Даже с маленьким любительским телескопом можно таким образом изучать солнечные пятна, а в хорошую погоду увидеть грануляцию и факелы на поверхности Солнца.

5.1.7. Солнце и Земля

Земная поверхность и нижние слои воздуха – тропосфера, где образуются облака и возникают другие метеорологические явления, непосредственно получают энергию от Солнца. Солнечная энергия постепенно поглощается земной атмосферой по мере приближения её к поверхности Земли – далеко не все виды излучения, испущенного Солнцем, попадают на Землю. На Землю доходит только 40 % солнечного излучения, 60 % излучения же отражаются и уходят обратно в космос. В настоящее время наблюдается тенденция к увеличению поглощаемого Землёй количества солнечного тепла по причине увеличения количества в атмосфере Земли парниковых газов. Под действием солнечного света на Земле происходят такие грандиозные природные явления, как дождь, снег, град, ураган. Происходит перемещение огромного количества воды на Земле, действуют такие океанические течения, как Гольфстрим, Течение западных ветров и т. д. Происходит интенсивное испарение влаги, которая затем охлаждается и выпадает в виде дождя. Не будь всего этого – на Земле не было бы жизни.

Под действием солнечного тепла образуются облака, бушуют ураганы, дует ветер, существуют волны на море, а также происходят медленные, но необратимые процессы выветривания, эрозии горных пород. Все эти явления и делают нашу планету настолько разнообразной, неповторимой и красивой. Все эти процессы на Земле происходят за счёт воздействия на Землю не всех видов солнечного излучения, а только некоторыми его видами – это, в основном, видимое излучение и инфракрасное. Именно воздействие последнего вида излучения нагревает Землю и создаёт погоду на ней, определяет тепловой режим планеты.

Помимо этого в атмосферу земли проникает поток ионизированных частиц (в основном гелиево-водородной плазмы), истекающий из солнечной короны со скоростью 300 – 1200 км/с в окружающее космическое пространство (Солнечный ветер).

Множество природных явлений связано с солнечным ветром, в том числе магнитные бури, полярные сияния и различная форма кометных хвостов, всегда направленных от Солнца.

5.1.8. Число Вольфа

График среднемесячных чисел Вольфа за последние месяцы наблюдения Солнца

Число́ Вольфа (международное число солнечных пятен, относительное число солнечных пятен, цюрихское число) – названный в честь швейцарского астронома Рудольфа Вольфа числовой показатель количества пятен на Солнце. Является одним из самых распространённых показателей солнечной активности.

5.1.9. Экспериментальная часть

Цель работы: определить период, частоту и амплитуду солнечной активности.

Приборы и материалы: миллиметровая бумага, таблицы среднегодовых и среднемесячных чисел Вольфа.

Задание: используя таблицы чисел Вольфа, построить зависимость числа времени от года и рассчитать амплитуду, частоту и период солнечной активности, исследовать влияние солнечной активности на исторические процессы на Земле.

Максимумы солнечной активности приходятся на периоды

1914 г.
1925 г.
1936 г.
1947 г.
1958 г.
1969 г.
1980 г.
1991 г.
2002 г.
2013 г.

2 августа – массовое убийство в Болонье – 85 погибших в результате теракта на железнодорожном вокзале города Болонья, Италия.
12 сентября – военный переворот в Турции.
22 сентября – начало ирано-иракской войны.
2 октября – Мохаммед Али проиграл бой против Ларри Холмса в Лас-Вегасе, штат Невада.
21 ноября – техногенная катастрофа на озере Пенёр.

Август 1991 путч ГКЧП;
Война в Афганистане

5.1.10. Основные характеристики

от Земли 1,496×10 11 м (8,31 световых минут)

Видимая звёздная величина (V) −26,74 m

Абсолютная звёздная величина 4,83 m

Спектральный класс G2V

Расстояние от центра Галактики ~2,5×10 20 м (26 000 световых лет)

Расстояние от плоскости Галактики ~ 4,6×10 17 м (48 световых лет)

Галактический период обращения 2,25−2,50×10 8 лет

Скорость ~2,2×10 5 м/с (на орбите вокруг центра Галактики) 2×10 4 м/с (относительно соседних звёзд)

Средний диаметр 1,392×10 9 м (109 диаметров Земли)

Экваториальный радиус 6,955×10 8 м.

Температура короны ~1 500 000 C.

Температура ядра ~13 500 000 C°.

Яркость 2,009x107 Вт/м²/ср.

6. Результаты социологического опроса

Знаете ли вы о влиянии солнечной активности на:

б) здоровье человека;

в) катастрофы на планете.

Опрошено 57 учащихся

7. Анализ влияния солнечной активности на климат Земли

Земля погружена во внешнюю исключительно подвижную атмосферу Солнца и, следовательно, подвергается сильному влиянию солнца, возможен солнечный шторм.

Эпидемиологическая ситуация по острым респираторным вирусным инфекциям и гриппу в Российской Федерации.

Санитарно-эпидемиологическое состояние городов Хабаровска и Вяземского района по заражению и профилактике микроплазменной инфекции.

Санитарно-эпидемиологическая заболеваемость в Комсомольском районе.

Под действием солнечного света на Земле происходят такие грандиозные природные явления, как дождь, снег, град, ураган. Происходит перемещение огромного количества воды на Земле.

Под действием солнечной энергии образуются облака, бушуют ураганы, дует ветер, существуют волны на море, а также происходят медленные, но необратимые процессы выветривания, эрозии горных пород.

8. Факторы, характеризующие солнечную активность

Первым фактором, характеризующим солнечную активность, является наличие Солнечных пятен.

Вторым фактором, характеризующим солнечную активность, является наличие Солнечных вспышек.

Третьим фактором, характеризующим солнечную активность, является наличие Солнечных протуберанцев.

9. Влияние солнечной активности на биосферу Земли

След протуберанцев повторяется на годовом кольце деревьев, значит, по годовым кольцам на спиле дерева можно примерно определить время вспышки солнечной активности.

10. Экспериментальная проверка

Анализ лабораторных работ по исследованию солнечной активности.

На диаграмме показано исследование солнечной активности на закрытой местности и на открытой местности. Как видно из диаграммы солнечная активность попадает равномерно в помещение, а на открытой местности за несколько секунд проявлялось более 4 вспышек на землю.

11. Данные мониторинга солнечной активности

В начале 11-летнего цикла солнечной активности, после минимума W:

Пятна появляются вдали от экватора Солнца, на широтах примерно 30 ° .
В течение цикла зона пятен спускается до 15 ° в максимуме и до 8 ° следующем минимуме.
Далее на высотах более 30 ° образуются новые группы пятен.
Скорость солнечного ветра 300-1200км/с
Характеристики солнечного ветра: Плотность потока протонов 2,4*10 8 см.

Напряжение электромагнитного поля 0,3 В/см -2

Считается, что Солнце опасно для Земли и Человечества, когда на нем появляется много пятен – темных областей, связанных с очень сильным магнитным полем. Они обычно появляются в периоды максимума солнечной активности. И тогда к Земле несутся интенсивные потоки опасных частиц. В нашей исследовательской работе мы ставили цель: определить влияние солнечной активности на многие процессы, идущие на Земле, непосредственно определяющие условия жизни и здоровье людей, и наши исследования это подтвердили.

Файлы: 1 файл

Солнечная активность.docx

Солнечные пятна — тёмные области на Солнце, температура которых понижена примерно на 1500 К по сравнению с окружающими участками фотосферы. Наблюдаются на диске Солнца (с помощью оптических приборов, а в случае крупных пятен — и невооружённым глазом) в виде тёмных пятен. Солнечные пятна являются областями выхода в фотосферу сильных (до нескольких тысяч гауссов) магнитных полей. Потемнение фотосферы в пятнах обусловлено подавлением магнитным полем конвективных движений вещества и, как следствие, снижением потока переноса тепловой энергии в этих областях.

Количество пятен на Солнце (и связанное с ним число Вольфа) — один из главных показателей солнечной магнитной активности.

На более холодных звёздах наблюдаются пятна намного большей площади, чем на Солнце.

Срок существования пятен достигает нескольких месяцев, то есть отдельные пятна могут наблюдаться в течение нескольких оборотов Солнца вокруг себя. Именно этот факт (движение наблюдаемых пятен вдоль солнечного диска) послужил основой для доказательства вращения Солнца и позволил провести первые измерения периода обращения Солнца вокруг своей оси.

Пятна обычно формируются группами, однако иногда возникает одиночное пятно, живущее всего несколько дней, или два пятна, с направленными из одного в другое магнитными линиями.

Только половина пятен живут больше двух дней, и всего десятая часть переживает 11-дневный порог.

Множественные группы солнечных пятен: хорошо различимы тень и полутень. 16 мая 2000 г.

В 1845 г. Д. Генри и С. Александер из Принстонского университета наблюдали Солнце с помощью специального термометра (thermopile) и определили, что пятна излучают меньше радиации по сравнению с окружающими областями Солнца.

Другим проявлением солнечной активности является появление плазменных образований в магнитном поле солнечной атмосферы – волокон. Если эти волокна видны на краю Солнца, то они наблюдаются как протуберанцы.

Протуберанцы— плотные конденсации относительно холодного (по сравнению с солнечной короной) вещества, которые поднимаются и удерживаются над поверхностью Солнца магнитным полем.

Одно из древнейших упоминаний о наблюдениях протуберанцев связано с полным солнечным затмением 1 мая 1185 года. Изучение протуберанцев началось с затмения Солнца 8 июля 1842 года, когда Араго, Эри и другие астрономы заметили их в виде ярко-розовых выступов вокруг чёрного диска Луны. Во время наблюдения солнечного затмения 18 августа 1868 года Пьер Жансен независимо от Дж. Локьера применил новый метод наблюдения протуберанцев вне затмения, сделал вывод об их газообразном характере. Много ценных сведений о солнечных протуберанцах и их быстрых изменениях было получено путём кинематографирования их методом замедленной съёмки. В настоящее время процессы, происходящие в солнечной атмосфере, наблюдаются и исследуются при помощи спутников и космических станций.

Протуберанцы хорошо видны во время полных солнечных затмений. Вне затмений наблюдаются с помощью особых спектральных приборов (протуберанц-спектроскопов), интерференционных фильтров, внезатменных коронографов (коронограф Лио), хромосферных телескопов. В проекции на солнечный диск протуберанцы заметны в виде тёмных волокон.

Протуберанцы отличаются волокнистой и клочковатой структурой постоянно движущихся нитей и сгустков плазмы и многообразием форм, классифицируемых либо по морфологическим, либо по динамическим признакам.

По виду протуберанца, по скорости и особенностям движения вещества в нём его можно отнести к одному из следующих классов:

Спокойные — движения вещества и изменение формы в них медленные; время существования недели и даже месяцы; наблюдаются во всех гелиографических широтах. Они возникают либо вдали от групп солнечных пятен, либо вблизи них на поздних стадиях их развития. Кинетическая температура — 15000°.
Активные — в них происходят довольно быстрые движения потоков вещества от протуберанца к фотосфере, от одного протуберанца к другому. Многие спокойные протуберанцы также переживают активную стадию, длящуюся от десятков минут до нескольких суток, заканчивающуюся либо полным исчезновением, либо превращением его в эруптивный протуберанец. Кинетическая температура — 25000°.
Эруптивные, или изверженные — по виду напоминают громадные фонтаны, достигающие высот до 1,7 млн км над поверхностью Солнца. Движения сгустков вещества в них происходят быстро; извергаются со скоростями в сотни км/сек и довольно быстро изменяют свои очертания. При увеличении высоты протуберанец слабеет и рассеивается. В некоторых протуберанцах наблюдались резкие изменения скорости движения отдельных сгустков. Эруптивные протуберанцы непродолжительны.
Корональные, или петлеобразные — возникают над хромосферой в виде небольших облачков, сливающихся затем в одно облако, из которого отдельными струями вниз к хромосфере спускаются потоки светящегося вещества. Все явление длится несколько часов. Большие протуберанцы и энергичные корональные выбросы достаточно редки, они случаются значительно чаще вблизи максимума 11-летнего солнечного цикла активности, когда наблюдается много пятен и других активных явлений.

В июне 1946 года, астрономы увидели на Солнце самый высокий протуберанец за всю историю наблюдений. Его высота составляла 1,7 миллиона километров.

25 января 1991 года (вблизи максимума солнечного цикла) сообщили о максимальных скоростях извержения протуберанцев около 1280 км/сек, но, возможно, речь идёт не о скорости вещества, а о скорости волны.

Спутником SOHO 18 марта 2003 года впервые были засняты два одновременных протуберанца с противоположных сторон диска Солнца. Оба они прекратили своё существования шесть часов спустя. Является ли это событие случайным или зависимым — ещё предстоит решить астрофизикам.

Часто, особенно когда на Солнце имеются большие группы пятен, в хромосфере возникают вспышки. Они похожи на огромные взрывы, длящиеся всего лишь несколько минут. За несколько минут в маленькой области высвобождается энергия порядка 100 000 миллиардов кВт/час: столько же тепла поступает от Солнца на Землю в год! Причины вспышек пока еще плохо изучены. Вспышки вызывают изменения в магнитном поле Земли и могут даже повредить системы электроснабжения.

Цикличность солнечной активности

Солнечная активность испытывает периодические изменения. Периоды выделенных циклов меняются от двух до ста лет.

Основной цикл переменной длительности от 7 до 17 лет имеет средним период 11.1 лет и называется 11-летним циклом солнечной активности или циклом Швабе-Вольфа. Поскольку соседние циклы отличаются знаком полярности магнитного поля пары ведущего и ведомого пятен, правильней говорить о 22-летнем цикле активности. (Закон Хейла или цикл Андерсена). На представленном рисунке видно, что мощность циклов меняется с периодом 80-100 лет, это так называемый вековой цикл.

Существуют предположения о других периодах, например, о сверхвековом цикле (1700) лет.

Виды и методы прогноза геомагнитной активности

Научный прогноз геомагнитной активности опирается на данные телескопов и спутников. В зависимости от времени упреждения, прогнозы принято делить на 27-45-суточный, 7-суточный, 2-суточный и 1-часовой прогнозы.

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.

Влияние геомагнитных бурь на жизнь и здоровье людей

Геомагнитные бури являются одним из важнейших элементов космической погоды и влияют на многие области деятельности человека, из которых можно выделить нарушение связи, систем навигации космических кораблей, возникновения поверхностных зарядов на трансформаторах и трубопроводах и даже разрушение энергетических систем.

Магнитные бури также влияют на здоровье и самочувствие людей.[7]

Было установлено, что нарушения телефонной связи происходят во время магнитных бурь.

Острые споры вызывал в своё время вопрос о влиянии солнечной активности на возникновение несчастных случаев и травматизм на транспорте и в производстве. На это впервые указал ещё в 1928 году Александр Чижевский.

Момент начала стрессовой реакции может сдвигаться относительно начала бури на разные сроки для разных бурь и для конкретного человека. Некоторые люди начинают реагировать на магнитные бури за 1-2 дня до них, то есть в момент вспышек на самом Солнце, фактически, реагируя на солнечные бури.

Содержание

ВВЕДЕНИЕ 1. Солнечная активность и ее причины 2. Параметры Солнечной активности и ее влияние на погоду и климат СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

Вложенные файлы: 1 файл

Солнечная активность и ее причины.docx

ВВЕДЕНИЕ 1. Солнечная активность и ее причины 2. Параметры Солнечной активности и ее влияние на погоду и климат СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
ВВЕДЕНИЕ

В данной работе мы ограничимся рассмотрением влияния солнечной активности на геофизические параметры, особое внимание уделив воздействию активности на погоду и климат.

1. Солнечная активность и ее причины

Помимо обычного излучения, исходящего от Солнца, обнаружено и интенсивное радиоизлучение. Советская экспедиция в Бразилии, наблюдавшая затмение 20 мая 1947 года, обнаружила падение интенсивности радиоизлучения Солнца в 2 раза во время полной фазы солнечного затмения, в то время, как интенсивность общего излучения Солнца уменьшилась в миллион раз. Это говорит о том, что радиоизлучение Солнца происходит главным образом от его короны.

Причины циклической деятельности Солнца остаются пока неведомыми. Одни ученые склоняются к мнению, что ее основой являются внутренние механизмы, другие утверждают, что это гравитационные влияния обращающихся вокруг Солнца планет. Вторая точка зрения выглядит логичнее. Нужно учитывать и тот факт, что обращение планет происходит не столько вокруг Солнца, сколько вокруг общего центра тяжести всей Солнечной системы, по отношению к которому само Солнце описывает сложную кривую. Если учесть к тому же, что Солнце – не твердое тело, то такая динамика вращения непременно воздействует и на динамику движения всей солнечной плазмы, задавая ритмы солнечной активности.

2. Параметры Солнечной активности и ее влияние на погоду и климат

Наиболее близкий к нам источник частиц высоких энергий это, разумеется, наша звезда – Солнце. Поэтому для того, чтобы понять и оценить уровень энергии (или мощность) рассматриваемых воздействий, допустимо ограничиться анализом энергии поступающей от Солнца, а точнее анализом вариаций энергии поступающих от него потоков.

На Солнце происходит множество процессов, большая часть из которых остается неизученной. Тем не менее, составить достаточное представление о вариациях поступающей от него энергии можно, рассмотрев один из главных факторов – близкое к периодической изменение солнечной активности. 22-летний солнечный цикл определяется периодическим изменением полярности гигантского магнита, который представляет собой Солнце.

Поверхность Солнца очень неоднородна и находится в постоянном движении. Это подтверждают многочисленные снимки, которые в постоянном режиме делают станции наблюдения и обсерватории, в том числе международные, в различных диапазонах спектра. Приливы и отливы раскаленного и почти полностью ионизованного вещества, бушующие на Солнце, иногда приводят к эффекту, называемому корональным выбросом массы (впрочем, имеется, не существенный для понимания дальнейшего нюанс, связанный с различием между понятиями солнечной вспышки и коронального выброса массы). В этом случае от поверхности нашей звезды отрываются огромные потоки плазмы, которые уходят в межзвездное пространство и вполне могут достичь Земли.

Пятна на Солнце, которые в непрерывном режиме регистрируются уже более ста лет, как раз и являются основой для наиболее простого способа регистрации солнечной активности.

Впрочем, пятна на Солнце могут быть разного размера, причем появление группы пятен далеко не тождественно появлению одного пятна той же площади. Чтобы учесть это обстоятельство, в солнечно-земной физике давно используются так называемые числа Вольфа, которые позволяют довольно точно судить об активности светила по числу пятен, наблюдаемых с Земли. Число Вольфа или относительное цюрихское число солнечных пятен, определяется по формуле где f – общее число пятен на видимой полусфере Солнца, g – число групп пятен. Коэффициент k обеспечивает учет условий наблюдений (например, тип телескопа). С его помощью наблюдения в любой точке планеты пересчитываются к стандартным цюрихским числам.

Число параметров, с помощью которых можно охарактеризовать активность Солнца очень велико и такой показатель как числа Вольфа, далеко не является исчерпывающим. Наглядно показать это можно, отталкиваясь только от одного факта – Солнце, как и всякое сильно разогретое тело, излучает электромагнитные волны в очень широком спектральном диапазоне. Помимо видимого света, оно испускает и радиоволны, и жесткие рентгеновские лучи. Учитывая, что спектр разогретых тел является практически сплошным, а вариации интенсивности в его отдельных участках могут и не быть коррелированны друг с другом, легко представить себе трудности, с которыми сталкивается солнечно-земная физика при попытках отыскать некий интегральный (или универсальный) показатель.

Единого универсального показателя для активности Солнца не существует, но в солнечно-земной физике установлено, что можно указать величины, которые позволяют в какой-то степени приблизиться к решению этой задачи. Одной из этих величин является интенсивность радиоизлучения Солнца на волне 10,7 см, которая также обладает примерно той же периодичностью, что и числа Вольфа. Многочисленные исследования показали, что вариации и этого, и многих других показателей с приемлемой точностью кореллируют с числами Вольфа. Поэтому во многих исследованиях по солнечно-земным связям проводится сопоставление наблюдаемых в различных оболочках Земли явлений с поведением солнечной активности. Впрочем, для более точных количественных оценок используется и интенсивность радиоизлучения на волне 10,7 см.

Известны многочисленные работы, показывающие, что изменение солнечной активности в течение 11-летнего цикла, влияет на многие показатели, относящиеся как к верхней, так и к нижней атмосфере. Одним из ярких примеров является цикл работ, выполненный в Научно- исследовательском институте физики Санкт-Петербургского университета. В этих работах было изучено влияние солнечной активности на многолетний ход температуры вблизи земной поверхности, т.е. в тропосфере. Работ аналогичного профиля существует очень много, например, предпринимались и определенные шаги по популяризации данных исследований, и тем более интересным является обзор, в котором рассматривались существенные трудности, которые возникают при попытках интерпретировать воздействие солнечной активности на события в тропосфере.

Первая трудность состоит в том, что поток энергии, поступающий от Солнца в околоземное космическое пространство с высокой точностью постоянен. По оценкам, подтверждаемых расчетами, проведенными на основании данных полученных со спутника "Нимбус-7", как это отмечалось в, в околоземное космическое пространство приходит энергия, характеризуемой величиной порядка 10 12 МВт. При этом ее изменчивая часть составляет всего около 10 6 – 10 4 МВт, т.е. менее одной десятитысячной процента от фонового значения. Другими словами, вариативная часть энергии, поступающей на Землю от Солнца сопоставима с той, что вырабатывается человеком в одном, сравнительно небольшом, регионе.

Поток лучистой энергии, поступающей от Солнца, можно также охарактеризовать с помощью солнечной постоянной (величина потока энергии, отнесенная к единице площади). Спутниковые измерения, проведенные в максимуме и минимуме солнечной активности, показали, что величина с высокой точностью действительно остается постоянной. Разница составляет около 2 Вт/м 2 при средней величине около 1380 Вт/м 2 .

Сопоставление энергии, приходящейся на изменчивую часть потока от Солнца с энергией характерных для атмосферы явлений, скажем, одного-единственного циклона также показывает, что это – сравнимые величины. Иначе говоря, непосредственно воздействия на события в тропосфере изменения солнечной активности оказывать не должны, если отталкиваться только от энергетических соображений.

Однако это еще не все. Еще одна трудность, возникающая при рассмотрении воздействия вариаций солнечной активности на тропосферу, т.е. самый нижний слой атмосферы, состоит в том, что частицы и излучение, несущие вариативную часть энергии не доходят до поверхности земли. Коротковолновое излучение, а также такие частицы как электроны радиационных поясов и солнечные протоны поглощаются в более высоких слоях атмосферы (в стратосфере и мезосфере).

Как можно видеть, речь действительно идет об очень небольшом (в энергетическом выражении) воздействии, результат которого, тем не менее, искали несколько десятилетий.

Важнейшая особенность пятен - наличие в них сильных магнитных полей, достигающих в области тени наибольшей напряжённости в несколько тысяч экстред. В целом пятно представляет собой выходящую в фотосферу трубку силовых линий магнитного поля, целиком заполняющих одну или несколько ячеек хромосферной сетки. Верхняя часть трубки расширяется, и силовые линии в ней расходятся, как колосья в снопе. Поэтому вокруг тени магнитные силовые линии принимают направление, близкое к горизонтальному.

Работа состоит из 1 файл

курсак М.С..docx

Факультет мехатроники и машиностроения

по дисциплине “Теоретические основы прогрессивных технологий”

Тема: “Солнечная активность”

Выполнила: студент гр. Э – 01
Дорофеев М.С.

Проверила: доц., к.т.и.
Снежко А.А.

Солнечная активность - совокупность явлений, периодически возникающих в солнечной атмосфере. Проявления солнечной активности тесно связаны с магнитными свойствами солнечной плазмы. Возникновение активной области начинается с постепенного увеличения магнитного потока в некоторой области фотосферы. В соответствующих местах хромосферы после этого наблюдается увеличение яркости в линиях водорода и кальция. Такие области называют флоккулами. Примерно в тех же участках на Солнце в фотосфере (т.е. несколько глубже) при этом также наблюдается увеличение яркости в белом (видимом) свете - факелы. Увеличение энергии, выделяющейся в области факела и флоккула, является следствием увеличившихся до нескольких десятков экстред напряженности магнитного поля. Затем в солнечной активности наблюдаются солнечные пятна, возникающие через 1-2 дня после появления флоккула в виде маленьких чёрных точек - пор. Многие из них вскоре исчезают, и лишь отдельные поры за 2-3 дня превращаются в крупные тёмные образования. Типичное солнечное пятно имеет размеры в несколько десятков тысяч километров и состоит из тёмной центральной части - тени и волокнистой полутени. Важнейшая особенность пятен - наличие в них сильных магнитных полей, достигающих в области тени наибольшей напряжённости в несколько тысяч экстред. В целом пятно представляет собой выходящую в фотосферу трубку силовых линий магнитного поля, целиком заполняющих одну или несколько ячеек хромосферной сетки. Верхняя часть трубки расширяется, и силовые линии в ней расходятся, как колосья в снопе. Поэтому вокруг тени магнитные силовые линии принимают направление, близкое к горизонтальному. Полное, суммарное давление в пятне включает в себя давление магнитного поля и уравновешивается давлением окружающей фотосферы, поэтому газовое давление в пятне оказывается меньшим, чем в фотосфере. Магнитное поле как бы расширяет пятно изнутри. Кроме того, магнитное поле подавляет конвективные движения газа, переносящие энергию из глубины вверх. Вследствие этого в области пятна температура оказывается меньше примерно на 1000К. Пятно как бы охлаждённая и скованная магнитным полем яма в солнечной фотосфере. Большей частью пятна возникают целыми группами, в которых, однако, выделяются два больших пятна. Одно, наибольшее, - на западе, а другое, чуть поменьше, - на востоке. Вокруг и между ними часто бывает множество мелких пятен. Такая группа пятен называется биополярной, потому что у обоих больших пятен всегда противоположная полярность магнитного поля. Они как бы связаны с одной и той же трубкой силовых линий магнитного поля, которая в виде гигантской петли вынырнула из-под фотосферы, оставив концы где-то в ненаблюдаемых, глубоких слоях. То пятно, которое соответствует выходу магнитного поля из фотосферы, имеет северную полярность, а то, в области которого силовые линии входят обратно под фотосферу, - южную.

Самое мощное проявление фотосферы - это вспышки. Они происходят в сравнительно небольших областях хромосферы и короны, расположенных над группами солнечных пятен. По своей сути вспышка - это взрыв, вызванный внезапным сжатием солнечной плазмы. Сжатие происходит под давлением магнитного поля и приводит к образованию длинного плазменного жгута или ленты. Длина такого образования составляет десятки, и даже сотни тысяч километров. Продолжается вспышка обычно около часа. Хотя детально физические процессы, приводящие к возникновению вспышек, ещё не изучены, ясно, что они имеют электромагнитную природу.

Наиболее грандиозными образованиями в солнечной атмосфере являются протуберанцы - сравнительно плотные облака газов, возникающие в солнечной короне или выбрасываемые в неё из хромосферы. Типичный протуберанец имеет вид гигантской светящейся арки, опирающейся на хромосферу и образованной струями и потоками более плотного и холодного, чем окружающая корона, вещества. Иногда это вещество удерживается прогнувшимся под его тяжестью силовыми линиями магнитного поля, а иногда медленно стекает вдоль магнитных силовых линий. Имеется множество различных типов протуберанцев. Некоторые из них связаны со взрывоподобными выбросами вещества из хромосферы в корону.

Общая активность Солнца, характеризуемая количеством и силой проявления центров солнечной активности, периодически изменяется. Существует множество удобных различных способов оценивать уровень солнечной активности. Обычно пользуются наиболее простым и введённым раньше всех способом - числами Вольфа. Числа Вольфа пропорциональны сумме полного числа пятен, наблюдаемых в данный момент на Солнце, и удесятерённого числа групп, которые они образуют. Период времени, когда количество центров активности наибольшее называют максимумом солнечной активности, а когда их совсем нет или почти совсем нет - минимумом. Максимумы и минимумы чередуются в среднем с периодом 11 лет. Это составляет так называемый 11-и летний цикл солнечной активности.

Солнечная активность имеет циклический характер, который зримо проявляется в пятнообразовательной деятельности, в частоте солнечных вспышек и связанных с ними эффектов. В цикле меняется количество и распределение протуберанцев, форма солнечной короны, количество факелов и т. д. Период этих циклических вариаций составляет примерно 11 лет, хотя в нашем столетии средний период был ближе к 10 годам. Показатели солнечной активности, как правило, возрастают к максимуму быстрее, чем спадают от него к минимуму.

Существуют свидетельства о цикле с периодом около 80 лет (восьмидесятилетний цикл). Есть также некоторые доказательства о долгопериодических вариациях активности с периодом 200, 400 и 600 лет.

Длительные исследования циклической пятнообразовательной деятельности Солнца на экваторе ускорилось на 3-4% и разность скоростей вращения широтах 0 и 20 градусов увеличилась в 2 раза. Из современных спектральных наблюдений следует, что аналогичные ускорения вращения на экваторе имеют место в эпоху спокойного Солнца. Высказано предположение, что в годы максимумов солнечной активности магнитное поле как бы притормаживает вращение Солнца на экваторе.

Природа активных образований на Солнце и причина их периодичности начинают выясняться только в последнее время. Картина еще не вполне ясна в деталях, некоторые положения не всегда надежны, и часть представлений может измениться в будущем. Тем не менее различные проявления солнечной активности уже можно рассматривать как единый процесс, связанный с жизнью Солнца.

За последние десятилетия накоплено большое количество данных, свидетельствующих о том, что такие колебания оказывают определенное влияние на ряд геофизических процессов, а также на явления, происходящие в биосфере нашей планеты – то есть в животном и растительном мире Земли, в том числе и в организме человека.

Так, например, многие исследователи приходят к выводу о зависимости между уровнем солнечной активности и различными аномалиями в процессах погоды и климата. В частности, было отмечено, что в периоды максимума солнечной активности происходит усиленный обмен воздушными массами между тропическими и полярными районами нашей планеты. Теплый воздух проникает далеко на север, холодный – на юг. Погода становится неустойчивой, а атмосферные явления приобретают иногда бурный характер.

Длительное сопоставление специальных карт солнечной активности, которые регулярно составляются горной астрономической станцией под Кисловодском, с метеорологическими данными показало, что вскоре после прохождения активных областей через центр солнечного диска в земной атмосфере нередко возникают сильные возмущения, ведущие к образованию циклонов и антициклонов и резким изменением погоды. Есть также основания предполагать, что активные явления на Солнце в какой-то мере влияют и на такие геофизические процессы, как извержения вулканов, землетрясения, колебания уровней морей и океанов, и даже на скорость суточного вращения нашей планеты.

Однако физический механизм, связывающий колебания солнечной активности и процессы, протекающие в атмосфере Земли и ее недрах, пока остается неясным. В этом направлении ведутся исследования.

2.1. Солнце спокойное и активное

Как уже говорилось, вещество Солнца вечно находится в движении - то упорядоченном, то хаотическом. Его атмосфера, столь неоднородная во многих отношениях, то и дело испытывает в разных местах весьма различные изменения температуры, плотности, давления, напряженности магнитного поля. На первый взгляд (особенно, если рассматривать маленькие области солнечной атмосферы, поперечником в несколько ) сотен километров) эти изменения выглядят неупорядоченными и в них совершенно невозможно разобраться. Казалось бы, все эго не имеет никакого отношения к солнечной активности. Действительно, явления, о которых идет речь, очень разнообразны, хотя бы потому, что они происходят в разных областях атмосферы (Солнца, обладающих различными физическими условиями. Тем не менее, они тесно связаны друг с другом, видимо потому, что вызывает их какая-то общая причина.

Но где лежит граница между солнечной активностыо и тем, что исследователи Солнца привыкли называют спокойным Солнцем? И является ли эта граница стабильной?

Обычно солнечной активностью называют целый комплекс различных явлений, происходящих в атмосфере Солнца, которые охватывают сравнительно большие области, поперечником не менее нескольких тысяч километров, и отличаются весьма значительными изменениями со временем физических характеристик соответствующих слоев солнечной атмосферы.

2.2. Солнечные пятна

Больше ста лет посвятили исследователи Солнца изучению солнечных пятен. Но мы нисколько не погрешим против истины, если возьмемся утверждать, что и теперь среди явлений солнечной активности трудно найти более сложное и во многих отношениях непонятное образование, чем солнечное пятно. Перечень достаточно уверенных заключений о его природе невелик. Мы и начнем с этих, так сказать, азбучных истин.

В начале нынешнего столетия было обнаружено, что солнечные пятна обладают сильным магнитным полем. Согласно теории Л. Бирмана, такое поле в состоянии уменьшить или даже подавить конвективный перенос энергии в подфотосферных слоях. Таким образом, в них создается дефицит выходящей лучистой энергии. На этом основании считают, что именно магнитное поле является виновником низкой температуры солнечных пятен, поскольку оно не позволяет переносить энергию из более низких слоев в более высокие. Напряженность магнитного поля пятен всегда больше 1500 Гс, а в большинстве случаев составляет 2000—3000 Гс. Иногда она достигает даже 5000 Гс. Размеры солнечных пятен весьма разнообразны. Они колеблются от тысячи до десятков тысяч километров.

Рис. I. Снимок солнечного пятна, полученный подученный 30 июня 1970 г на советской стратосферной, обсерватории (вверху). Солнечный диск 26 июля 1981 г. в белом свете и увеличенная фотография группы солнечных пятен, расположенная слева внизу на диске (Горная астрономическая станция ГАО ан ссср)

Читайте также: