Презентация по астрономии 11 класс на тему "Полярные сияния"

Полярные сияния Мусиенко П.Д. 11 «Д» УК Гимназия­колледж  ДВФУ

Полярное сияние – это электрическое свечение ионосферы(верхняя часть атмосферы) Земли. Солнечное излучение представляет собой потоки протонов и электронов(т.е. солнечный ветер). Заряженные частицы, идущие от Солнца, притягиваю тся магнитным полем Земли в зонах, носящих назван ие радиационных поясов. Они, достигая атмосферы, вторгаются в ее верхний разряженный слой и соударяются с содержащимся в нем кислородом и азотом, возбуждая их. Сообщенный молекулам электрический разряд провоцирует выброс энергии, которая и становится светом.

Цвет полярного свечения зависит от того, молекулы какого вещества возбуждены больше: кислород придает желтый и зеленый цвета, а азот километров над поверхностью Земли. – красный и фиолетовый. Данное природное явление характерно только для поясов Земли, расположенных близ северного и южного магнитных полюсов. Высотность явления – 80-1000 Сезонная активность сияния приходится на первые весенние и осенние месяцы, на дни равноденствия(весеннее: 20 марта; осеннее: 22 или 23 сентября). В течение суток наибольшая интенсивность свечения проявляется около 23.00 ночи.

Различают следующие формы явления: - Лентообразная. Полосы или дуги со сплошным четким нижним краем, могут быть многоярусными. - Диффузная. Пятна с нечеткими контурами наподобие облаков или вуали, обычно появляются на завершающих стадиях явления. - Лучи. Тонкие световые пучки, расположенные вдоль магнитных линий полюсов. Наиболее часто полярные сияния имеют вид лент или пятен, напоминающих облака. Более интенсивное сияние приобретает форму лент, которые при уменьшении интенсивности превращаются в пятна. Ленты могут также исчезать, не разбиваясь на пятна. Полярные сияния в северном полушарии обычно движутся на запад со скоростью примерно 1 км/с. Верхние слои атмосферы в области сияний заметно нагреваются, что приводит к появлению восходящих потоков газа. В результате на больших высотах увеличивается плотность газовой среды. Последнее вызывает дополнительное торможение искусственных спутников Земли в этой области. Сияния также сопровождаются сильными вихревыми токами в огромных областях пространства. В результате индуцируются сильные магнитные поля и развиваются так называемые магнитные бури. Яркие вспышки сияния могут сопровождаться звуками, похожими на треск. Сильные изменения в ионосфере а — спокойная диффузная дуга;  б — аналогичная дуга с усиленным розовым свечением;  в, г — лучистые полосы;  д, е — складчатые полосы

Искусственные полярные сияния Наиболее убедительным доводом в пользу того, что мы понимаем какое-нибудь физическое явление, является его повторение в лаборатории. Это удалось сделать и для полярного сияния — создать его искусственно в лаборатории с масштабами нашей планеты. Этот эксперимент, получивший название „Аракс“, начат в 1985 году совместно российскими и французскими исследователями. В качестве лабораторий были выбраны две магнитосопряжённые точки на поверхности Земли (то есть две точки на одной и той же силовой линии магнитного поля). Ими были в южном полушарии французский остров Кергелен в Индийском океане и в северном полушарии поселок Согра в Архангельской области. С острова Кергелен стартовала геофизическая ракета с небольшим ускорителем частиц, который на определённой высоте создал поток электронов. При движении вдоль магнитной силовой линии от Земли, которая над экватором была уже на расстоянии 20 000 км, эти электроны проникли в северное полушарие и вызвали искусственное полярное сияние над Согрой. Слева — блок приборов и оборудования на  французской ракете «Эридан». Цифрами обозначены: 1,  2, 11 — спектрометры электронов высокой энергии, 3 —  электронная пушна инжектора, 4 — магнитная система  отклонения пучка, 5 — высоковольтный  трансформатор, 6, 8 — датчики потенциала тела  ракеты, 7 — аккумуляторная батарея, 9 — источник  цезиевой плазмы, 10 — спектрометр электронов низкой  энергии, 12 — антенна телеметрии. Справа — схема  проведения эксперимента «Аракс».

К сожалению, облака не позволили визуально наблюдать это сияние с поверхности Земли. Однако радарные установки чётко зарегистрировали его возникновение. Название „Аракс“ составлено из первых букв французских слов Artificiel polaire aurore — Kergelen–Sogra, которые в переводе означают „искусственное полярное сияние — Кергелен–Согра“. Эксперименты описанного типа не просто позволяют понять причины и механизм возникновения полярного сияния. Они дают уникальную возможность изучать структуру магнитного поля Земли, процессы в её ионосфере и влияние этих процессов на погоду вблизи земной поверхности. Особенно удобно выполнять такие эксперименты не с электронами, а с ионами бария. Оказавшись в ионосфере, эти ионы возбуждаются солнечным светом и начинают испускать излучение малинового цвета. Уровень яркости влияет на цвет полярного сияния. Существует международная шкала для определения  интенсивности свечения, которая варьируется от I до IV баллов. Так, слабые сияния I­III баллов кажутся  человеку однотонными, поскольку их цветовая интенсивность находится ниже границы визуального  восприятия. Сияния III­IV баллов чаще видятся как цветные – зеленые, желтые, фиолетовые или красные.  Удивительно, но основная часть излучения исходит от атмосферных частиц (атомарный кислород),  которые придают полярным сияниям желтоватые тона или красноватую или зеленоватую лучистость. Интенсивность  эмиссии 5577 А, kR Индекс интенсивности Примечание 0.1 1 10 100 1000 0 I II III IV Сияние визуально не фиксируется, может быть обнаружено инструментально Яркость сравнима с яркостью Млечного пути. Яркость сравнима с яркостью перистых обла-ков, освещенных Луной. Яркость сравнима с яркостью кучевых облаков, освещенных Луной. Яркость много больше III.

Спасибо за внимание!