Солнечно-земные связи и их влияние на человека. 3
Реферат: Солнечно-земные Связи и их влияние на человека
Содержание
Введение......................
1. Наша звезда
– Солнце......................
1.1. Характеристика
Солнца........................
1.2. Строение
Солнца........................
2. Солнечно –
Земные Связи (Физический
3. Солнечная
активность....................
3.1. Важнейшие
проявления и индексы
3.2. Циклы солнечной
активности....................
3.3. Влияние Солнечной
активности на человека........
Заключение....................
Введение
Интерес ученых к проблеме солнечно – земных связей вызван несколькими причинами. Прежде всего по мере выяснения физических сторон влияния Солнца на Землю выявилось громадное прикладное значение этой проблемы для радиосвязи, магнитной навигации, безопасности космических полетов, прогнозирования погоды и так далее.
Природа
Солнца и его значение для нашей
жизни – неисчерпаемая тема. О
его воздействии на Землю люди
догадывались еще в глубокой древности,
в результате чего рождались легенды
и мифы, в которых Солнце играло
главную роль. Оно обожествлялось
во многих религиях. Исследование Солнца
– особый раздел астрофизики со
своей инструментальной базой, со своими
методами. Роль получаемых результатов
исключительна, как для астрофизики
(понимание природы
Первое описание пятен в русских летописях датируется 1371 и 1385 годами, когда наблюдатели заметили их сквозь дым лесных пожаров. История борьбы взглядов на природу процессов на Солнце связана с кажущимися нам сейчас почти невероятными драматическими коллизиями. Нас же интересует вопрос о том, какое влияние оказывает деятельность Солнца на наше здоровье, каким образом солнечные бури, пятна и вспышки влияют на наше самочувствие.
1. Наша
звезда – Солнце
1.1. Характеристика Солнца
Из всего окружающего нас несметного множества звезд несопоставимо важнейшую роль в нашей жизни играет Солнце. Эта ближайшая к нам звезда обеспечивает нашу планету подавляющей частью энергии, которой мы располагаем на Земле. Благодаря солнцу и земной атмосфере на поверхности земли температура и другие условия такие, какие они есть, а не космический холод, что делает нашу планету комфортной для обитающих на ней живых существ. Даже относительно мизерные изменения потока энергии, передаваемой Солнцем Земле, которые происходят при солнечных вспышках, существенно сказываются на земных условиях. С другой стороны, Солнце по своим свойствам является типичной для своего класса звездой, и постигая процессы, происходящие на Солнце, мы лучше понимаем и то, что творится на очень далеких от нас звездах.
Астрономическими методами было измерено, что орбита Земли удалена от Солнца в среднем на r=150 миллионов километров. Эта орбита имеет формулу эллипса, так что в разные моменты времени расстояние от Земли до Солнца несколько изменяется; меняется и скорость движения Земли по ее орбите. Как известно, период обращения Земли вокруг Солнца равно одномуг., точнее, 365,2522 суток. Ближе всего к Солнцу Земля подходит в январе, и в этот же период скорость движения Земли по ее орбите максимальна, хотя вариации скорости (в среднем 35 км/с) и расстояния между Землей и Солнцем очень невелики (1,7%). Угловой размер Солнца, видимый с Земли, составляет в среднем a=32,05 угловых минут. Радиус Солнца составляет 697 тысяч километров. Масса Солнца 2*1030 кг. Средняя плотность Солнца составляет 1,41*103 кг/м3, т.е. в 1,41 раза больше плотности воды. Однако распределение плотности по глубине Солнца неоднородно, и величина средней плотности не очень показательна. С другой стороны, вспомнив, до каких чудовищных величин возрастает давление на больших глубинах земных океанов, мы качественно поймем, что происходит с давлением и плотностью по мере приближения к центру Солнца (плотность солнечного вещества – газа – прямо зависит от давления, в то время как вода практически несжимаема).
Казалось
бы, странно рассуждать о распределении
плотности по глубине небесного
тела, удаленного от нас на полторы
сотни миллионов километров. Но один
из парадоксов естественнонаучных исследований
состоит в том, что о внутреннем
строении Солнца мы имеем, по-видимому,
гораздо лучшее представление, чем
о внутреннем строении Земли. Кстати,
химический элемент гелий
был вначале открыт на Солнце, а уже потом
обнаружен на Земле. Состоит солнце примерно
на ¾ из водорода, на ¼ из гелия, с небольшой
добавкой (примерно 2%) более тяжелых элементов.
1.2. Строение Солнца
| Рис.1 Строение солнца. |
Яркая светящаяся поверхность Солнца, видимая невооруженным глазом, имеет температуру порядка 6000о градусов и называется фотосферой. Фотосфера абсолютно непрозрачна, и лежащее под ней вещество недоступно никаким наблюдениям. Над фотосферой располагается солнечная атмосфера: на высоте 2-3 тысяч километров – достаточно плотный и тонкий слой – хромосфера, получивший свое название за то, что он бывает виден во время затмений как тонкая розовая окантовка Солнца. С высот порядка 10 тысяч километров начинается разреженная, но неоднородная и удивительно горячая (1-2 млн. градусов) корона Солнца. Она простирается до расстояний в несколько солнечных радиусов.
| Агрегатное состояние вещества на Солнце: при таких температурах (6000о и выше) это может быть только плазма, то есть ионизованный газ. Плазме присущ ряд весьма специфических свойств. Хотя она в целом электрически нейтральна, однако обладает электропроводностью, и при наличии магнитного поля сосуществует вместе с ним: с одной стороны, магнитное поле ограничивает подвижность плазмы – заряженные частицы перемещаются вдоль его силовых линий и труднее – поперек; с другой стороны, если облаку плазмы удалось оторваться от основной области, она увлекает магнитное поле за собой. Это явление образно называют вмороженностью магнитного поля в плазму. Еще одно характерное свойство плазмы: она поглощает электромагнитные колебания, частота которых ниже плазменной частоты. Вследствие этого, если плотность плазмы зависит только от высоты (нет неоднородностей), то более длинноволновые электромагнитные колебания (радиоволны) исходят из более высоких слоев солнечной атмосферы. Аналогичная ситуация существует и в ионосфере Земли, которая так же является плазмой. |
2. Солнечно – Земные
Связи (Физический аспект)
Система
прямых или опосредованных физических
связей между гелио- и геофизическими
процессами. Земля получает от Солнца
не только свет и тепло, обеспечивающие
необходимый уровень
Представления
о Солнечно-Земных связях складывались
постепенно, на основе отдельных догадок
и открытий. Так, в конце XIX в. К.О.Биркелан
(Биркеланд; Норвегия) впервые высказал
предположение, что Солнце кроме
волнового излучения испускает
также и частицы. В 1915 г. А.Л.Чижевский
обратил внимание на циклическую
связь между развитием
Последовательность
событий в системе Солнце-
Обычно мощная вспышка сопровождается испусканием большого количества ускоренных частиц – солнечных космических лучей (СКЛ). Самые энергичные из них начинают приходить к Земле спустя чуть более 10 мин после максимума вспышки. Повышенный поток СКЛ у Земли может наблюдаться несколько десятков часов. Вторжение СКЛ в ионосферу полярных широт вызывает дополнительную ионизацию и, соответственно, ухудшение радиосвязи на коротких волнах. Имеются данные о том, что СКЛ в значительной мере способствуют опустошению озонного слоя Земли. Усиленные потоки СКЛ представляют собой также один из главных источников радиационной опасности для экипажей и оборудования космических кораблей.
Вспышка
генерирует мощную ударную волну
и выбрасывает в межпланетное
пространство облако плазмы. Ударная
волна и облако плазмы за 1.5-2 суток
достигают Земли и вызывают магнитную
бурю, понижение интенсивности
Имеются
статистические данные о том, что
через 2-4 суток после магнитной
бури происходит заметная перестройка
барического поля тропосферы. Это
приводит к увеличению нестабильности
атмосферы, нарушению характера
циркуляции воздуха (развитию циклонов
и др. метеоявлений). Мировые магнитные
бури представляют собой крайнюю
степень возмущённости
Во время
магнитных бурь интенсивность этого
низкочастотного излучения
Статистически
установлена связь между
Рис.2 Схема солнечно-земных связей
Хотя не все звенья цепочки Солнечно-Земных связей одинаково изучены, в общих чертах картина Солнечно-Земных связей представляется качественно ясной. Количественное исследование этой сложной проблемы с плохо известными (или вообще неизвестными) начальными и граничными условиями затруднено из-за незнания конкретных физических механизмов, обеспечивающих передачу энергии между отдельными звеньями.
Наряду с поисками физических механизмов ведутся исследования информационного аспекта Солнечно-Земных связей. Связи проявляются двояко, в зависимости от того, плавно или скачкообразно происходит перераспределение энергии солнечных возмущений внутри магнитосферы. В первом случае Солнечно-Земные связи проявляются в форме ритмических колебаний геофизических параметром (11-летних, 27-дневных и др.). Скачкообразные изменения связывают с так называемым триггерным механизмом, который применим к процессам или системам, находящимся в неустойчивом состоянии, близком к критическому. В этом случае небольшое изменение критического параметра (давления, силы тока, концентрации частиц и т.п.) приводит к качественному изменению хода данного явления или вызывает новое явление. Для примера можно указать на явление образования внетропических циклонов при геомагнитных возмущениях. Энергия геомагнитного возмущения преобразуется в энергию инфракрасного излучения. Последнее создаёт небольшой дополнительный разогрев тропосферы, в результате которого и развивается её вертикальная неустойчивость. При этом энергия развитой неустойчивости может на два порядка превышать энергию первоначального возмущения.
Новым
методом исследования Солнечно-Земных
связей являются активные эксперименты
в магнитосфере и ионосфере по
моделированию эффектов, вызываемых
солнечной активностью. Для диагностики
состояния магнитосферы и ионосферы
используются пучки электронов, облака
натрия или бария (выпускаемые с
борта ракеты). Для непосредственного
воздействия на ионосферу используются
радиоволны коротковолнового диапазона.
Главное преимущество активных экспериментов
– возможность контролировать некоторые
начальные условия (параметры пучка
электронов, мощность и частоту радиоволн
и т.п.). Это позволяет более
уверенно судить о физических процессах
на заданной высоте, а вместе с наблюдениями
на других высотах – о механизме
магнитосферно-ионосферного взаимодействия,
об условиях генерации низкочастотных
излучений, о механизме Солнечно-Земных
связей в целом. Активные эксперименты
имеют также и прикладное значение.
Доказана возможность создать
Изучение
Солнечно-Земных связей является не только
фундаментальной научной
3. Солнечная активность
3.1. Важнейшие проявления и индексы солнечной активности
Одной
из самых замечательных
Солнечные
пятна – наиболее известные явления
на Солнце. Впервые в телескоп их
наблюдал Г. Галилей в 1610 г. Мы не знаем,
когда и как он научился ослаблять
яркий солнечный свет, но прекрасные
гравюры, изображающие солнечные пятна
и опубликованные в 1613г. в его
знаменитых письмах о солнечных
пятнах, явились первыми
С этого
времени регистрация пятен то
проводилась, то прекращалась, то возобновлялась
вновь. В конце ХIX столетия два
наблюдателя – Г. Шперер в Германии
и Е. Маундер в Англии указали
на тот факт, что в течение 70-летнего
периода вплоть до 1716г. пятен на солнечном
диске, по-видимому, было очень мало.
Уже в наше время Д. Эдди, заново
проанализировав все данные, пришел
к выводу, что действительно в
этот период был спад солнечной активности,
названный Маундеровским
К 1843г. после 20-летних наблюдений любитель астрономии Г. Швабе из Германии собрал достаточно много данных для того, чтобы показать, что число пятен на диске Солнца циклически меняется, достигая минимума примерно через каждые одиннадцать лет. Р. Вольф из Цюриха собрал все какие только мог данные о пятнах, систематизировал их, организовал регулярные наблюдения и предложил оценивать степень активности Солнца специальным индексом, определяющим меру "запятненности" Солнца, учитывающим как число пятен, наблюдавшихся в данный день, так и число групп солнечных пятен на диске Солнца. Этот индекс относительного числа пятен, впоследствии названный "числами Вольфа", начинает свой ряд с 1749 года. Кривая среднегодовых чисел Вольфа совершенно отчетливо показывает периодические изменения числа солнечных пятен.
Индекс
"числа Вольфа" хорошо выдержал
испытание временем, но на современном
этапе необходимо измерять солнечную
активность количественными методами.
Современные солнечные
Группы солнечных пятен со всеми сопутствующими явлениями являются частями активных областей. Развитая активная область включает в себя факельную площадку с группой солнечных пятен по обе стороны линии раздела полярности магнитного поля, на которой часто располагается волокно. Всему этому сопутствует развитие корональной конденсации, плотность вещества в которой по крайней мере в несколько раз выше плотности окружающей среды. Все эти явления объединены интенсивным магнитным полем, достигающим величины нескольких тысяч гаусс на уровне фотосферы.
Наиболее четко границы активной области определяются по хромосферной линии ионизованного кальция. Поэтому был введен ежедневный кальциевый индекс, который учитывает площади и мощности всех активных областей.
Самое
сильное проявление солнечной активности,
влияющее на Землю, – солнечные вспышки.
Они развиваются в активных областях
со сложным строением магнитного
поля и затрагивают всю толщу
солнечной атмосферы. Энергия большой
солнечной вспышки достигает
огромной величины, сравнимой с количеством
солнечной энергии, получаемой нашей
планетой в течение целого года.
Это приблизительно в 100 раз больше
всей тепловой энергии, которую можно
было бы получить при сжигании всех
разведанных запасов нефти, газа
и угля. В то же время это энергия,
испускаемая всем Солнцем за одну
двадцатую долю секунды, с мощностью,
не превышающей сотых долей
С развитием спутниковых исследований Солнца появилась возможность прямых измерений потока рентгеновского излучения в отдельных диапазонах.
С 1976 года
регулярно измеряется ежедневное фоновое
значение потока мягкого рентгеновского
излучения в диапазоне 1-8 A (12.5-1 кэВ).
Соответствующий индекс обозначается
прописной латинской буквой (A, B,
C, M, X), характеризующей порядок
А(1-9) = (1-9)·10-8 Вт/м2
В(1-9) = (1-9)·10-7
С(1-9) = (1-9)·10-6
М(1-9) = (1-9)·10-5
Х(1-n) = (1-n)·10-4
Этот фон изменяется от величин А1 в минимуме солнечной активности до С5 в максимуме. Эта же система применяется для обозначения рентгеновского балла солнечной вспышки. Максимальный балл Х20 = 20·10-4 Вт/м2 зарегистрирован во вспышке 16 августа 1989 года.
В последнее время стало использоваться в виде индекса, характеризующего степень вспышечной активности Солнца, количество солнечных вспышек за месяц. Этот индекс может быть использован с 1964 года, когда была введена применяющаяся сейчас система определения балльности солнечной вспышки в оптическом диапазоне.
3.2. Циклы солнечной активности
Солнечная активность в числах Вольфа и, как выяснилось позже, и в других индексах, имеет циклический характер со средней продолжительностью цикла в 11.2 года. Нумерация солнечных циклов начинается с того момента, когда начались регулярные ежедневные наблюдения числа пятен. Эпоха, когда количество активных областей бывает наибольшим, называется максимумом солнечного цикла, а когда их почти нет – минимумом. За последние 80 лет течение цикла несколько ускорилось и средняя продолжительность циклов уменьшилась примерно до 10.5 лет. За последние 250 лет самый короткий период был равен 9 годам, а самый длинный 13.5 лет. Другими словами, поведение солнечного цикла регулярно лишь в среднем. В подъеме и спаде солнечных циклов существует некоторая закономерность. Возможно, это указывает на существование более длительного цикла, равного примерно 80-90 годам. Несмотря на различную длительность отдельных циклов, каждому из них свойственны общие закономерности. Так, чем интенсивнее цикл, тем короче ветвь роста и тем длиннее ветвь спада, но для циклов малой интенсивности как раз наоборот – длина ветви роста превышает длину ветви спада. В эпоху минимума в течение некоторого времени пятен на Солнце, как правило, нет. Затем они начинают появляться далеко от экватора на широтах ±40°. Одновременно с возрастанием числа солнечных пятен сами пятна мигрируют в направлении солнечного экватора, который наклонен к плоскости орбиты Земли (то есть к эклиптике) под углом в 7°. Г.Шперер был первым, кто исследовал эти изменения с широтой. Он и Р.Кэррингтон – английский астроном-любитель – провели большие серии наблюдений периодов обращения пятен и установили тот факт, что Солнце не вращается как твердое тело – на широте 30°, например, период обращения пятен вокруг Солнца на 7% больше, чем на экваторе.
К концу цикла пятна в основном появляются вблизи широты ±5°. В это время на высоких широтах уже могут появляться пятна нового цикла.
В 1908г.
Д.Хейл открыл, что солнечные пятна
обладают сильным магнитным полем.
Более поздние измерения
Одиннадцатилетней цикличностью обладают многие другие характеристики активных образований на Солнце – площадь пятен, частота и количество вспышек, количество волокон (и соответственно протуберанцев), а также форма короны. В эпоху минимума солнечная корона имеет вытянутую форму, которую придают ей длинные лучи, искривленные в направлении вдоль экватора. У полюсов наблюдаются характерные короткие лучи – "полярные щетки". Во время максимума форма короны округлая, благодаря большому количеству прямых радиальных лучей.
3.3. Влияние Солнечной активности на человека
В последние
годы всё чаще говорится о солнечной
активности, магнитных бурях и
их влиянии на людей. Так как солнечная
активность нарастает, то вопрос о влиянии
этого явления на здоровье становится
в достаточной степени
Всё на Земле зависит от Солнца, поставляющего ей значительную часть энергии. Спокойное Солнце (при отсутствии на его поверхности пятен, протуберанцев, вспышек) характеризуется постоянством во времени электромагнитного излучения во всём его спектральном диапазоне, включающем рентгеновские лучи, ультрафиолетовые волны, видимый спектр, инфракрасные лучи, лучи радиодиапазонов, а также постоянством во времени так называемого солнечного ветра – слабого потока электронов, протонов, ядер гелия, представляющего собой радиальное истечение плазмы солнечной короны в межпланетное пространство.

- Солнечно-Земные связи и их влияние на человека
- Солнечной системы с точки зрения космологии
- Солнечные батареи
- Солнечные батареи
- Солнечные батареи
- Солнечные батареи. Солнечная энергия
- Солнечные водонагревательные установки
- Солнечно-земные связи
- Солнечно-земные связи
- Солнечно-земные связи
- Солнечно-земные связи
- Солнечно-земные связи и их влияние на человека
- Солнечно-земные связи и их влияние на человека
- Солнечно-земные связи и их влияние на человека