Физические процессы полярных сияний. Исследовательский проект по физике. "Физические процессы полярных сияний"
 Скачать 1.54 Mb.
|
|
Исследовательский проект на тему: ”Физические процессы полярных сияний” Выполнила ученица 11-го класса: Вася Пупкин Содержание
Введение. Полярное сияние – это оптическое явление в верхних слоях атмосферы (ионосфере), выражающееся в свечении (люминесценции разряженного воздуха на высоте от 60 до 1000 км. Полярные сияния представляют собой одно из самых впечатляющих, грандиозных и красивых явлений природы. Полярное мерцание люди наблюдают на протяжении веков. Этот феномен доступен только в определенное время года, только в конкретных частях планеты Земля. Люди не сразу определили, как называется красивая игра огней на небосклоне. Жители полюсов просто молча наблюдали и восторгались необычайной картиной. Но сегодня это чудо природы полностью исследовано с точки зрения науки. Ученые детально растолковали процесс появления таинственных разноцветных лучей. Объект исследования: Северное сияние. Влияние Северного сияния на людей и его появление. Предмет исследования: Возникновение Северного сияния и влияние его на людей. Актуальность исследования определяется важностью оправданного и грамотного изучения Северного сияния Цель: Изучить, как возникает Северное сияние и какое влияние оно оказывает на людей. Задачи исследования: 1. Выяснить природу возникновения Северного сияния и влияние этого явления на человека; 2. Ответить на вопросы: «Где можно наблюдать Северное сияние?» и «При каких условиях можно наблюдать это явление?» Что такое Северное сияние и как оно образуется? Северное сияние — Это необыкновенно зрелищное световое шоу, организованное самой природой. Несомненно, северное сияние – завораживающее и чарующее зрелище. Полярное сияние выглядит как прозрачные светящиеся облака, переливающиеся сине-зелеными огнями с розовыми и красными вкраплениями. Эти цветные ленты могут достигать до 160 километров в ширину, а в длину до 1600 километров. Северное сияние наблюдается на Земле, на высоте от 80 до 1 000 км. Что думали наши предки про северное сияние?И  здавна жители севера заметили такую особенность - во время долгой зимней полярной ночи, когда можно увидеть северное сияние, некоторые люди начинают странно себя вести. Они разговаривают с несуществующими собеседниками или полностью отрешаются от внешнего мира, могут передвигаться подобно лунатикам. Даже в древних мифах народов севера есть упоминание об этом феномене природы, которому исследователи дали имя - "зов предков". Услышав "зов предков" человек движется, не выбирая пути, а когда через некоторое время приходит в себя, то очень смутно помнит о том, что с ним происходило. Некоторые говорят о том, что увидев северное сияние, они слышали звуки сказочной красоты и повиновались зову Полярной звезды, приглашающей их посетить древнюю Землю предков. Согласно древней саамской легенде, это полярная лиса взметает своим пушистым хвостом волшебные снежные искорки, пробегая по сопкам Лапландии. Финское название Северного сияния, слово “revontulet”, означающее в переводе на русский “лисьи огни”, берет свое начало именно в этой легенде. В древних мифах народов севера, распространённых среди эскимосов, говорится о том, что полярное сияние вызвано духами, которые играют черепом моржа в небесный футбол. Существует мнение, что для того, чтобы увидеть северное сияние нужно посвистеть, а хлопок в ладоши заставляет его погаснуть. В норвежской мифологии северное сияние является предвестником плохой погоды - жители отметили, что за этим феноменом природы следуют ветер и снег. В других мифах народов севера говорится о том, что полярное сияние - это танец, исполняемый душами умерших дев. Но не все народы считали, что наблюдать северное сияние - к несчастью, викинги отождествляли этот феномен природы со светлым богом Одином, ведь при желании в полярном свечении можно разглядеть его бороду, острый меч и растрёпанный балахон. Племена индейцев, живущих в северной Америке, полагают, что полярное сияние - это свет от фонарей, которые несут с собой духи, разыскивающие души умерших охотников. Другие племена ощущают этот феномен природы как свет огней, вызванный всесильными северными шаманами.Научное обоснование явления. Многие учёные задавались этим вопросом, но первым нашёл ответ Михаил Ломоносов в 1751 году. Путём проведения многочисленных опытов, он решил, что сияние имеет электрическую природу. Независимо от него и почти одновременно с ним пришли к такому же выводу Ж. Кэнтон в Англии и Б. Франклин в Америке. Но откуда берётся ток в атмосфере? Причиной в  озникновения полярного сияния являются процессы, происходящие на Солнце. Солнце представляет собой раскаленный газовый шар, состоящий из атомов водорода и гелия. В ядре этих атомов находятся частицы под называнием протоны, которые имеют положительный заряд (+). Вокруг протонов вращаются другие частицы — электроны, которые несут отрицательный заряд ( - ). Облако сверх горячего газа, который окутывает Солнце (его еще называют солнечной короной) постоянно выбрасывает в пространство частицы атомов, которые летят в космосе со скоростью 960 км в секунду. Эти потоки называют солнечным ветром. Когда солнечный ветер достигает Земли, его частицы соприкасаются с магнитным полем. Силовые линии магнитного поля Земли сходятся у Северного и Южного полюсов Земли. Прилетевшие к нам от солнца заряженные частицы, засасываются магнитным полем. Эти притянутые частицы движутся вдоль силовых линий магнитного поля, в виде длинных «лучей». И вот, заряженные частицы как бы затаскиваются в атмосферу вблизи полюсов. Атмосфера Земли состоит преимущественно из азота и кислорода. Когда выброшенные Солнцем электроны и протоны достигают нашей атмосферы, они сталкиваются с молекулами этих газов. При столкновении некоторые атомы теряют часть своих электронов, другие — «возбуждаются», получая дополнительную энергию. Когда атом «успокаивается», он испускает световой фотон. При столкновении атомы азота обычно теряют электроны, при этом излучается синий и фиолетовый свет. Если же молекула азота обошлась без потери электрона, происходит испускание лучей красной части спектра. Молекулы кислорода при столкновении с солнечным ветром электроны никогда не теряют. Молекула возбуждается, а после испускает кванты зеленого и красного света. Так и образуется северное сияние.Где и как часто можно увидеть Северное сияние? Полярные сияния чаще всего можно наблюдать в полярных странах, откуда и происходит их название (раньше их называли северными сияниями). Наблюдать этот феномен природы можно в Якутске, Мурманске, на Таймыре, в Салехарде. Чаще всего полярные сияния можно увидеть в области, охватывающей Аляску, Гудзонов залив, Большое Медвежье озеро, Исландию, южную часть Гренландии, а в Северной Финляндии, в С  кандинавии и Северной Америке, Норвегии и Сибири. Земля – не единственная планета, где бывает северное сияние. На Юпитере небеса в районе Северного полюса также озаряются яркими сияющими красками. На Северном полюсе сияние можно наблюдать почти каждую ночь, в Скандинавии и Северной Америке — от 20 до 200 раз в году. Полыхающее небо можно увидеть даже на широтах Лондона и Парижа, правда, нечасто — 5-10 раз году. Один раз северное сияние наблюдали в Мехико. В ночь на 26 января 1938 г. полярное сияние видели даже на Южном берегу Крыма. Самые впечатляющие Северные сияния появляются с цикличностью 11 лет и 22 года, зависит это от солнечной активности. Благодаря съемкам со спутника подтвердилась старая теория о том, что полярные сияния в северном и южном полушариях представляют собой почти зеркальные отражения друг друга — это кольца диаметром около 4 тысяч км вокруг каждого полюса. В Средние века, когда северный магнитный полюс располагался восточнее, полярное сияние часто было видно в Скандинавии, северной России и северном Китае. С каждым годом у жителей Земли становится меньше шансов полюбоваться северным сиянием: по данным Финского метеорологического института, это явление появляется все реже. Точка минимума была достигнута в 2008 году, после этого северное сияние должно было появляться все чаще, но этого непроисходит. Поскольку появление северного сияния связано с солнечной активностью, можно предположить, что она снижается. Когда можно увидеть Северное сияние? Уже само это название «северное сияние» говорит о том, что оно чаще всего происходит на севере. Больше всего шансов увидеть северное сияние в морозную, ясную погоду. Небо обязательно должно быть безоблачным. Для наблюдения Северного сияния необходимы достаточно темная безлунная ночь и чистое безоблачное небо, а также отсутствие препятствий в виде гор, домов, деревьев и других предметов, закрывающих обзор. Увидеть северное сияние можно в высоких и средних широтах, обычно на северной стороне небосклона. Поздняя осень, зима и ранняя весна ( период с сентября по март ) – наиболее оптимальное время для наблюдения. Лучшее время суток для наблюдения за сиянием – с 22.00 вечера до 02.00 ночи. В городе смотреть на сияние плохо, чаще всего практически невозможно - слишком мешает городское освещение. Выбирайтесь за город, где уличные огни не будут составлять конкуренцию небесам. Легенды С прадавних пор северное сияние связывали с разными таинственными и мистическими событиями. Одни народы считали, что появление волшебного огня приносит счастье, поскольку у Богов сегодня праздник, значит, от них вполне можно ожидать благосклонности и подарков. Другие, наоборот, считали, что Бог Огня сильно разгневался на что-то – и теперь от него стоит ждать всяческих неприятностей, а потому считали, что чем меньше в это время использовать огонь в своей деятельности, тем лучше. Легенды скандинавов. Легенды норвежцев часто упоминают полярное сияние, рассказывая о сияющем мерцающем мосте, который периодически появляется на небосводе для того, чтобы боги могли спуститься на землю. Одни истории трактовали лучи полярного сияния как огни в руках валькирий, чьи доспехи начищены до блеска настолько, что от этих лат в небесах возникает удивительное сияние. Другие – рассказывали о том, что игра огней – это танец душ умерших девушек. В рассказах древних финнов также нередко можно встретить описание этого удивительного события. Описывают они полярное сияние, как горящую огнём реку Ружу, которая отделяет царство мёртвых от мира живых. Как выглядит природное явление? Увидеть северное сияние можно ясной, морозной ночью, при неполной луне, желательно вдали от города (чтобы свет фонарей не перебивал зрелище). Полярное сияние появляется в основном с октября по январь, возникает на высоте от восьмидесяти и до одной тысячи километров над уровнем моря и длится от одного часа до целых суток. Чем агрессивнее ведёт себя наше светило, чем больше взрывов на нём происходит, тем дольше полярное сияние длится на Земле. Наиболее красивые картины этого явления можно увидеть раз в одиннадцать лет (с такой цикличностью Солнце ведёт себя наиболее активно). Северное сияние чем-то напоминает закат (только в ночное время), но может также воплощаться в виде спиралей или дуг. Ширина такой цветной ленты вполне может превышать 160 км, длина – 1,5 тыс. км. Сам цвет полярного сияния зависит во многом не только от того, с каким именно газом вступил во взаимодействие солнечный ветер, но и от высоты, на которой это произошло. Это значит, что если газы земной атмосферы столкнулись на высоте превышающей 150 км – цвет сияния окажется красным, от 120 до 150 км – полярное сияние окажется жёлто-зелёных тонов и ниже 120 км – фиолетово-синем. Чаще всего полярное сияние оказывается бледно-зелёного цвета. Кадры, полученные с космоса, подтвердили версию учёных о том, что полярное сияние с южной стороны земного шара почти зеркально отображает это же явление, но с его противоположной стороны. И представляет собой кольца диаметром в 4 тыс. км, которые опоясывают полюса Земли. Где можно его увидеть? Увидеть северное сияние в эпоху Средневековья, когда северный магнитный полюс находился восточнее, можно было не только в скандинавских странах или на территории северной России, но также и на севере Китая. В наше время увидеть северное сияние можно возле магнитных полюсов нашей планеты: на северном полюсе (особенно хорошо его видно на Впадине Росса); в Антарктиде; в Северной Америке (от 20 до 200 раз в год); на севере скандинавских стран, особенно на острове Шпицберген, что находится севернее Норвегии. Здесь наблюдать за этим явлением можно не реже, чем в Северной Америке; в России – на Кольском полуострове; в Шотландии (в апреле!); в широтах между Лондоном и Парижем – от 5 до 10 раз в году; на севере Флориды, где северное сияние бывает четыре раза в год; из космоса (в положительный момент, когда отсутствует влияние нижних плотных слоёв атмосферы, которые значительно искажают зрелище). Увидеть северное сияние можно не только на Земле, но и на других планетах Солнечной системы – на Юпитере, Венере, Марсе, есть предположения, что и на Сатурне. Несмотря на то, что каким именно образом возникает полярное сияние, наука объяснила довольно чётко, все тайны мерцающих огней до сих пор ещё не разгаданы. Особенно озадачивает в последнее время учёных вопрос, сопровождается ли это явление звуковым эффектом. Пока их мнения не сходятся. Как появляется северное сияние: звуки Полярное сияние может производить различные шумовые эффекты, к примеру, потрескивания, хлопки или короткие стреляющие звуки. Выяснилось это не так давно. В конце 2012 года финские ученые зафиксировали звуковые шумы во время авроры. Исследователи сделали вывод, что эти звуки аккумулировались на высоте семьдесят метров над поверхностью. Услышать что-то во время наблюдения за авророй – огромная удача. Чаще всего звуки сияния заглушаются шумом окружающего мира. Северное сияние на других планетах. Самые яркие и впечатляющие полярные сияния можно наблюдать в пики сильной активности Солнца, периодичность которых составляет 11 лет. На Земле в состав атмосферы входят преимущественно азот и кислород. Именно они и взаимодействуют с частичками солнечного ветра, что приводит к свечению. Молекулы азота при столкновении обычно теряют электроны, при этом излучается синий и фиолетовый цвет. Если же молекула азота не потеряла часть электронов, то мы видим красный цвет. Молекула кислорода при столкновении с частицами обычно не теряет электроны и испускает красный и зеленый свет. Полярные сияния возникают не только на Земле. На других планетах их тоже можно наблюдать. А так как магнитные поля планет-гигантов намного сильнее магнитного поля Земли, то и интенсивность и масштаб полярных сияний там больше. Конечно, полярные сияние других планет отличаются от земных. Например, для Юпитера наиболее ярким является линии излучения водорода в ультрафиолете. Тогда как для Земли — линии излучения возбужденных кислорода и азота в видимом диапазоне. Завораживающее северное сияние. Полярное сияние возникает с равным успехом у обоих магнитных полюсов. Северным же мы называем его по старинке, поскольку не знали раньше, что на противоположной стороне земли случаются точно такие же атмосферные представления. Зная, как образуется северное сияние, его можно ожидать в любое время суток круглый год, вот только видеть его можно, когда небо тёмное. Подобное захватывающее природное световое представление потрясает своей красотой и может продолжаться на протяжении часов, а то и суток. Вечером 17 марта 2015 года жители средней полосы России, в частности Московской области, могли наблюдать зеленоватые всполохи полярного сияния, которое в наших широтах происходит довольно редко. Полярное сияние может выглядеть, как огромный сияющий занавес, перекинутый через небо и переливающийся красноватыми, зеленоватыми огнями с примесью фиолетового и синего. Сопровождают ли это явление звуковые эффекты? Мы уже знаем, что северное сияние – это столкновение заряженных частиц, посылаемых Солнцем, с земным магнитным полем. Может ли это столкновение частиц и молекул происходить столь громко, что звук этот преодолеет огромное расстояние через разряженную атмосферу до поверхности Земли? Северному сиянию с давних пор приписывают люди разные волшебные и загадочные свойства. Жители русского Севера сохранили поверье, по которому северные сияния, видимые на берегах Ледовитого океана, издают резкие звуки, вроде выстрелов. И вот, ученые из финского Университета смогли записать шум, сопровождающий это явление. Установив три микрофона в тех местах, где чаще всего звук северного сияния был слышен, исследователи смогли выяснить, что источник шума, вполне доступного человеческому слуху, находится всего в 70 метрах над поверхностью земли, а не в высоких слоях атмосферы, как предполагалось ранее. И звуки эти совершенно точно совпали с северным сиянием. Откуда берется звук – точно сказать нельзя. Но предполагается, что происходят они благодаря тому же процессу, который вызывает и северное сияние. Если слушать эти звуки без специального усиления, то они мало чем выделяются из окружающего нас шума. По словам финских исследователей, звук, сопровождающий северное сияние, скорее напоминает шипение, чем щелчок или потрескивание. И возникает он не при каждом северном сиянии, длясь не более пары секунд. Какое влияние оказывает Северное сияние на человека? Учёные объяснили воздействие этого феномена природы на психику человека. Оказывается, "зов предков" из мифов народов севера это низкочастотные электромагнитные волны, порождённые северным сиянием. Они излучаются в диапазоне 8-13 герц, что сродни бета и альфа ритмам головного мозга. Человек, который увидел северное сияние, испытывает непреодолимую потребность объединиться с чем-то более надёжным, чем он сам. К тому же этот феномен природы сопровождается неразличимым на слух, но биологически активным инфразвуком. Инфразвук может оказывать самые непредсказуемые воздействия на мозг и сердечнососудистую систему человека. Так что действительно наблюдать северное сияние - значит подвергать себя некоторому риску. Инфразвук вызывает серьезные мозговые нарушения, вплоть до потери слуха и зрения. Принято считать, что инфразвук, частотой в 7 герц может убить человека, вследствие вибрации внутренних органов, приводящей к остановке сердца. Заключение. Полярное Сияние это очень интересное, важное, необычное явление! Когда я только начинала делать этот проект, то не знала о Полярном Сиянии так много интересного, чем дальше я заходила с поисками каких либо важных источников, я стала понимать что это не просто яркие переливающиеся цвета радуги в поле зрения! Оказывается что Полярное Сияние — это естественное природное явление необычайной красоты, причиной которого является электрически заряженные частицы солнечной пыли, попавшие в атмосферу Земли. Упоминания о полярных сияниях можно найти в трудах Аристотеля, Плиния и др. Низкочастотные электромагнитные волны в диапазоне 8-13герц, порождённые северным сиянием оказывают влияние на мозг и сердечнососудистую систему человека. Принято считать, что инфразвук, частотой в 7 герц может убить человека, вследствие вибрации внутренних органов, приводящей к остановке сердца. Полярные сияния чаще всего можно наблюдать в полярных странах, откуда и происходит их название. Больше всего шансов увидеть полярное сияние в морозную, ясную погоду. Небо обязательно должно быть безоблачным. Полярное сияние может сопровождаться звуком, которое напоминает шипение, щелчок или потрескивание. Возникает он не всегда и длится не более пары секунд. При изучении и наблюдении полярного сияния и его производных, я получила много новых знаний о явлениях, происходящих в атмосфере земли. Я рассмотрела в своей работе: как возникает Северное сияние и какое влияние оно оказывает на людей. Список литературы.1. Александров Н.Л. Полярные сияния- 2001гг. 2. Алексеева Л.М. Небесные сполохи и земные заботы-1985гг. 3. Булат В.Л. Оптические явления в природе- 1974гг. 4. Исаев С.Л. Полярные сияния-1952гг. 5. Тарасов Л.В. Физика в природе-1988гг. 6. http://gorodaipriroda.ru/2011/298 7. http://www.planet-x.net.ua/earth/earth_priroda_pol_sijanie.html 8. http://strana.ru/journal/582841 9. http://ru.wikipedia.org/ |