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.
|
|
Солнечно-земные связи Работы ученых Э. Брикнера, А. Дугласа, Ч. Брукса, о. Петерсона, А. А. Чижевского, В. И. Вернадского позволили достоверно установить, помимо вышеназванных, ряд других сравнительно кратковременных циклов природных явлений: "вековых", продолжительностью 169, 222, 400 и более лет, и "внутривековых", длительностью 1, 2, 3, 4, 6, 11, 23, 33, 80 лет. Самые продолжительные из них имеют гравитационную природу и воздействуют на все природные оболочки Земли. Циклы средней продолжительности зависят от колебаний солнечной активности: квазидвухлетний, 11-летний, 22-летний, 100-летний циклы обладают наибольшей фундаментальностью наряду с 27-суточным синодическим периодом вращения Солнца вокруг своей оси, и воздействуют на магнитное поле, атмосферу и биосферу Земли. Наиболее кратковременные циклы связаны с неравномерным облучением Земли космическими частицами, область их действия - атмосфера. Состояние околоземного космического пространства, магнитосферы и верхних слоев атмосферы Земли определяетсякосмической погодой, основными параметрами которой являются температура и концентрация компонент низкоэнергетической плазмы, магнитные и электрические поля и токи, спектральный состав электромагнитного излучения и потоков заряженных частиц. Видимое излучение Солнца практически не изменяется со временем. Основными типами изменяющихся во времени, активных солнечных излучений являются: 1) коротковолновое (ультрафиолетовое и рентгеновское), способное производить ионизацию и диссоциацию молекул атмосферы; 2) солнечный ветер и корпускулярные потоки с их магнитными полями, взаимодействующие с магнитосферой (энергия отдельных порывов солнечного ветра эквивалентна энергии ядерного взрыва мощностью 1-10 Мт). При переходе от минимума к максимуму 11-летнего солнечного цикла полная энергия потока ионизирующего излучения возрастает в 3 раза. В максимуме солнечного цикла температура в тропиках на 0,5њ выше, чем в минимуме; увеличивается число гроз, возрастает амплитуда колебаний атмосферного давления; усиливается общая циркуляция атмосферных потоков. В средних широтах с увеличением солнечной активности возрастает повторяемость циклонов, ведущая к увеличению количества осадков. Ряд ученых объясняет это последовательной поэтапной передачей энергии из верхних слоев атмосферы в тропосферу; колебания ультрафиолетового излучения воздействуют на концентрацию озона и изменяют температуру воздуха, порождающую вертикальные воздушные потоки, отклоняемые вращением Земли и порождающих восточные и западные ветры и струйные течения. От уровня солнечной активности сильнее зависят летние температуры стратосферы. Предполагается, что периодичность "малых ледниковых периодов" связана с широкомасштабными изменениями уровня солнечной активности (период около 2500 лет). Многочисленные эффекты воздействия солнечной активности на биосферу получили серьезное морфологическое и статистическое обоснование, но механизм их физического воздействия до сих пор неясен, т.к. полный поток и спектральные составляющие солнечного излучения вблизи земной поверхности изменяются лишь на доли процента. Однако все живые организмы чувствительны к внешним электромагнитным полям низких и сверхнизких частот (при Н ³ 0,1 В/м и 10-6 Гс), оказывающих влияние на физико-химические свойства живых клеток. Предполагается, что организмы используют квазипериодические изменения параметров внешней среды, в том числе электромагнитных полей, для синхронизации биоритмов путем "настройки" на внешнюю частоту, для ориентации в пространстве и т. д. Так, в организме человека при резком значительном изменении магнитного поля повышается кровяное давление с одновременным спазмом кровеносных сосудов, ухудшаются бактерицидные свойства крови.
На поверхности Земли регистрируются электромагнитные поля с частотой 10-4-105 Гц и наибольшей интенсивностью в диапазоне сверхнизких частот, чутко реагирующие на любые проявления солнечной активности: так, через 1,5-2 суток после вспышки на Солнце напряженность магнитного поля в ионосфере на частоте 8 Гц изменяется более, чем в 10 раз. В эпоху максимумов солнечной активности возрастает число инфарктов и инсультов, случаев производственного и дорожного травматизма, эпидемических заболеваний, эпизоотий. Задачи земной экологии требуют астрономических наблюдений и наблюдений из космоса не только за Землей, но и за Солнцем и ближним космосом. По мере своего развития современная технологическая цивилизация становится все более уязвимой к действию космических факторов.
Солнечная активность оказывает воздействие не только на магнитосферу, атмосферу и биосферу Земли, но и на технику, созданную людьми. В годы активного солнца: - ухудшается связь в коротковолновом, высокочастотном и ультравысокочастотном диапазонах, телефонная и телеграфная связь, особенно в освещенном солнцем полушарии и во время ионосферных бурь; - искажаются данные геомагнитных съемок; - происходят сбои и катастрофы в энергетических сетях; - усиливается коррозия магистральных трубопроводов; - уменьшается срок эксплуатации ИСЗ из-за усиления торможения в верхних слоях разбухающей атмосферы (15.07.2000 г. вышла из строя космическая рентгеновская обсерватория ASCA (Япония). Слабо защищены от мощных проявлений солнечной активности электронные и компьютерные системы и сети, системы навигации, системы управления и контроля атомных станций и военных объектов. В 1999 году была разработана "шкала космической погоды" – первая попытка систематического исследования всего комплекса явлений солнечно-земных связей, потенциально опасных для земной цивилизации. Выделяются 3 категории явлений: геомагнитные бури, радиационные бури и нарушения радиосвязи. Каждая категория разделяется на 5 уровней: незначительный (1 балл); умеренный (2 балла); сильный (3 балла); очень сильный (4 балла) и экстремальный (5 баллов). Наиболее опасны экстремальные геомагнитные бури, приводящие к полному выходу из строя сетей электропитания, появлению сильных токов в трубопроводах и практически полному прекращению радиосвязи на всех частотах. Экстремальные радиационные бури приводят к опасному облучению космонавтов, экипажей и пассажиров высотных самолетов. ...В настоящее время на Земле 88% всей энергии человечество получает за счет сжигания природного углеродного топлива (ежегодно сжигается 4 млрд. тонн угля, 3,5 млрд. тонн нефти, десятки триллионов кубометров газа, древесина, торф и т. д.), загрязняющего окружающую среду на 60%. Идея использования "бесплатной" солнечной энергии легла в основу применения космических технологий для нужд земной энергетики: 1. Орбитальные отражатели-рефлекторы для освещения отдельных полярных районов (эксперименты в России ведутся с 1993 года). 2. Орбитальные солнечные электростанции: проекты разработаны в России, США, Западной Европе и Японии. Проект КСЭ 2000-го года предусматривает вывод на экваториальную орбиту экспериментальной японской станции мощностью 10 МВт. В первой половине XXI века США планирует создание 60 КСЭ мощностью 5 ГВт каждая с передачей энергии на Землю в виде микроволнового луча. Существующие солнечные батареи имеют К.П.Д. около 30%. Тема 5.2. Звезды. Рождение и смерть звезд. Звезды Звезды - пространственно-обособленные, гравитационно-связанные, непрозрачные для излучения массы вещества в интервале от 1029 до 1032 кг (0,005-100 М¤ ), в недрах которых в значительных масштабах происходили, происходят или будут происходить термоядерные реакции превращения водорода в гелий. Классификация звезд в зависимости от их основных физических характеристик отражена в таблице 7. Таблица 7
Размеры звезд колеблются в очень широких пределах от 104 м до 1012 м. Гранатовая звезда m Цефея имеет диаметр 1,6 млрд. км; красный сверхгигант e Возничего А имеет размеры в 2700 R¤ - 5,7 млрд. км! Звезды Лейтена и Вольф-475 меньше Земли, а нейтронные звезды имеют размеры 10 - 15 км (рис. 34).
Быстрое вращение вокруг своей оси и притяжение близких массивных космических тел нарушает сферичность формы звезд, "сплющивая" их: звезда R Кассиопеи имеет форму эллипса, её полярный диаметр составляет 0,75 экваториального; в тесной двойной системе W Большой Медведицы компоненты приобрели яйцевидную форму. Средние плотности звезд изменяются в интервале от 10-6 г/см3 до 1014 г/см3 - в 1020 раз! Температура видимой поверхности звезд составляет от 3000 К до 100000 К. Недавно открытая звезда HD 93129A в созвездии Кормы имеет температуру поверхности 220000 К! Самые холодные - Гранатовая звезда (m Цефея) и Мира (o Кита) имеют температуру 2300К, e Возничего А - 1600 К. Светимость звезд - количество энергии, излучаемое их поверхностью в единицу времени - зависит от скорости выделения энергии и определяется законами теплопроводности, размерами и температурой поверхности звезды. Разность в светимости может достигать 250000000000 раз! Звезды большой светимости называют звездами-гигантами, звезды малой светимости - звездами-карликами. Наибольшей светимостью обладает голубой сверхгигант - звезда Пистолет в созвездии Стрельца - 10000000 L¤ ! Светимость красного карлика Проксимы Центавра около 0,000055 L¤ .
Почти все спектры звезд являются спектрами поглощения. Относительное количество химических элементов является функцией температуры. В настоящее время в астрофизике принята единая классификация звездных спектров (табл. 8). По особенности спектров: наличию и интенсивности атомарных спектральных линий и молекулярных полос, цвету звезды и температуре ее излучающей поверхности звезды разделены на классы, обозначаемые буквами латинского алфавита: | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
