умкд по астрономии. УМКД ОУД.08 Астрономия 2.26.02.03 (набор 2017). Учебнометодический комплекс дисциплины Физика Индекс (Файл) mcd 3 26. 02. 03 Оуд. 082017 г
 Скачать 4.37 Mb.
|
|
 |
| Рис. 27. Образование протуберанцев |
 |
| Рис. 28. Движение вещества в солнечной атмосфере. Арки биполярных магнитных областей |
Коронарные дыры – области пониженной яркости короны, в которых силовые линии крупномасштабного магнитного поля, пронизывая всю корону, уходят в межпланетное пространство; наблюдаются в рентгеновском диапазоне длин волн в виде черных провалов на фоне яркого сияния короны. Яркие области над центрами активности с повышенной плотностью плазмы называются коронарными конденсациями.
Факельные поля (флоккулы) (6) - области ослабления магнитных трубок (местных магнитных полей) до напряженности 5-300 Э, где на поверхность Солнца "прорывается" более нагретое (до 10000 К) солнечное вещество. Наблюдаются в виде светлых участков фотосферы, часто окружающих солнечные пятна. Размеры факельных полей от 5000 до 50000 км, среднее "время жизни" – месяцы (до года). В годы максимумов солнечной активности факельные поля занимают до 10 % поверхности Солнца.
Солнечные пятна (7) - темные промежутки тени, окруженные более светлой полутенью, - области солнечной поверхности с температурой около 4000 К и размерами от 1 до 35000 км (площадь солнечного пятна в апреле 1947 г. составляла 18130000000 км2), возникающие там, где местные магнитные поля с индукцией 0,4 - 0,5 Тл и напряженностью от 1000 до 4500 Э, "всплывая" на поверхность Солнца, подавляют конвекцию. Лишенный подогрева "снизу" участок солнечной поверхности остывает и по контрасту с окружающей "горячей" поверхностью кажется черным пятном. Число, величина и расположение пятен и групп пятен постоянно изменяются. Среднее "время жизни" пятна - от нескольких суток до нескольких недель (максимум - до 200 суток). Как правило, пятна образуются группами, в которых они концентрируются преимущественно вокруг ведущего (западного) и ведомого (восточного), имеющих различную полярность, причем силовые линии магнитного поля как бы выходят из одного пятна и входят в другие.
Протуберанцы (8) - сравнительно холодные плотные облака солнечного вещества (Т 104 К), выброшенные в хромосферу в результате ускоряющего действия магнитных трубок местных полей на движение солнечного вещества на высоту около 104 км. Протуберанцы имеют разнообразную причудливую форму. Вещество спокойных протуберанцев, плавающих в хромосфере до 1 года, лежит в углублениях "примятых" арок магнитного поля (рис. 217). В активных или эруптивных, отличающихся быстрым развитием протуберанцах, существующих в течение недель, реже – месяцев, но достигающих в длину до 1/3 R¤ (150000-250000 км), плазма течет вдоль линий магнитного поля со скоростью до 700 км/с.
Хромосферная сетка наблюдается в ультрафиолетовой части спектра в хромосфере в виде покрывающей солнечный диск совокупности крупных ячеек размерами 2-3× 104 км, внутри которых газ растекается от центра со скоростью 0,3-0,4 км/с к границам ячейки, где магнитное поле усиливается до 10-15 Э. Среднее "время жизни" отдельной ячейки- до нескольких суток.
Солнечные хромосферные вспышки (9) возникают в группах пятен с противоположным направлением магнитных полей при их взаимном уничтожении (аннигиляции). Механизм их возникновения таков: меж пятнами разной полярности возникает нейтральный слой, магнитная индукция в котором равна нулю; при определенных условиях в нем может возникнуть обусловленный движением электронов и ионов плазмы электрический ток, нагревающий плазму за счет энергии магнитного поля. Поскольку плазма имеет очень небольшое сопротивление, в обычных условиях ее нагрев в нейтральном слое незначителен, но поля "выдавливают" плазму в нейтральный слой и сжимают его. По мере сжатия нейтрального слоя растет скорость частиц – носителей тока; электроны ускоряются сильнее массивных ионов. Плазма становится неоднородной, в ней возникают турбулентные движения, завихрения, возрастают электрическое сопротивление и температура плазмы (до 107 К). В области размерами до 1000 км выделяется до 1022-1025 Дж/с энергии (как при одновременном взрыве миллиардов термоядерных бомб). При вспышке образуется большое коронарное облако с температурой 2-3× 107 К (до 108 К).Вспышки (до 10 в сутки) порождают мощное ультрафиолетовое, рентгеновское и радиоизлучение, выброс заряженных частиц со скоростью до 30000 км/с - солнечные космические лучи.
В вершинах гранул ежеминутно наблюдаются тысячи и десятки тысяч кратковременных вспышек - блинкеров ("мигалок") мощностью до 103 Мт и размерами до 104 км. Возможно, именно они порождают солнечный ветер и передают часть энергии от "холодной" фотосферы "горячей" короне.
В глубине хромосферы, в1500-2500 км над фотосферой в основаниях отдельных коронарных петель, возникающих в активных областях после солнечных вспышек, в течение десятков часов наблюдаются "губчатые" образования – "солнечный мох", где раскаленная до107 К плазма сильно и внешне беспорядочно "перемешана" с относительно "холодным" (до 6000 К) солнечным веществом.
В районе солнечных полюсов наблюдаются мощные вихри и смерчи - восходящие потоки солнечного вещества со скоростью круговых движений до 500000 км/ч.
Количественная характеристика солнечной активности - числа Вольфа - определяется по формуле: W = 10 g +f, где g - количество групп пятен, f - количество всех наблюдаемых пятен. Другими, более точными индикаторами солнечной активности являются суммарная площадь пятен и интенсивность солнечного радиоизлучения (l = 0,107 м).
Солнечный цикл – периодический процесс появления и развития на всей поверхности Солнца активных областей, обусловленных "всплыванием" в атмосферу сильных магнитных полей.
Средний промежуток между двумя максимумами солнечной активности равен 11,1 года.
Рис. 29. 11-летний цикл солнечной активности
Во время минимума солнечной активности для внешнего наблюдателя корона "сжимается" у полюсов, над которыми видны лишь тонкие лучи – коронарные щеточки. Иногда в течение недель в минимуме солнечной активности в фотосфере не наблюдается ни единого пятна.
В начале цикла на широтах ± 30њ появляются отдельные мелкие солнечные пятна. Период роста активности занимает около 4,2 лет. В это время растет число и размеры отдельных пятен и групп пятен, зона их появления спускается к солнечному экватору до ± 15њ в данном максимуме активности. В солнечной короне над центрами активности в средних широтах развиваются мощные длинные коронарные лучи. В максимуме активности число Вольфа превышает 150-200 единиц. Солнечная корона приобретает "растрепанную" сферическую форму. Концентрация рентгеновского и коротковолнового излучения в 3-4 раза выше, чем в минимуме.
Далее происходит 7-летний спад активности, в котором зона появления солнечных пятен спускается к экватору Солнца до широт ± 8њ ; затем после недолгого затишья на широтах ± 30њ образуются пятна нового цикла.
Обычно комплекс явлений солнечной активности протекает в следующей последовательности: с усилением магнитного поля при всплывании трубки магнитного потока в фотосфере появляется расширяющееся, увеличивающее свою яркость факельное поле. Сутки спустя в нем возникают и развиваются крохотные поры, постепенно разрастающиеся в черные пятна и группы пятен: через 10 суток их размеры возрастают до 10000 км. В хромосфере и короне происходят бурные процессы. Затем активность области постепенно уменьшается: через 2-3 месяца исчезают пятна; но долго, месяцами над этим местом своеобразным памятником будет висеть огромный протуберанец, и лишь через год активная исчезает полностью.
В течение данного цикла все ведущие солнечные пятна в Северном полушарии имеют одну и ту же полярность, а в Южном полушарии – противоположную. В последующем цикле полярности меняют свой знак. Полярные магнитные поля имеют наибольшую напряженность (до 1 Э) в эпоху минимума активности и исчезают, меняя знак у полюсов, в эпохи максимумов. Возврат к прежней магнитной ситуации происходит через 22 года, обуславливая существование 22-летнего цикла. Отставание по фазе явлений в высоких и низких широтах ведет к отставанию на 5 лет явлений, связанных с высокоширотным магнитным полем Солнца и их воздействием на магнитосферу Земли.
 |
| Рис. 30. "Вековой" цикл солнечной активности |
Далее учеников знакомят с солнечно-земными связями. Материал излагается с опорой на сведения о верхних слоях атмосферы (ионосфере), магнитном поле и радиационных поясах Земли. При изложении данного материала наиболее способные и интересующиеся этими вопросами ученики могут выступить с заранее подготовленными докладами и сообщениями а) повторительно-обобщающего характера на темы "Магнитосфера Земли" "Радиационные пояса Земли", "Полярные сияния"; б) содержащим не изучавшиеся сведения на темы о воздействии солнечной активности основные параметры и состояние магнитосферы, гидросферы, атмосферы и биосферы Земли, влиянии магнитных бурь на жизнь и здоровье людей и технические устройства, способов профилактики и защиты от вредных последствий солнечно-земных связей и т.д. Желательно показать основные направления в использовании солнечной энергии человеком сейчас и в ближайшем будущем (наземные и космические солнечные электростанции и промышленные установки и т.д.).