Первые активные шаги к познанию космоса человечество сделало совсем недавно. От запуска первого космического аппарата с первым спутником на борту прошло всего лишь каких-то 60 лет. Но за этот небольшой исторический отрывок времени удалось узнать о многих космических явлениях и провести большое количество самых разнообразных исследований.

Как ни странно с более глубоким познанием космоса перед человечеством открывается все больше загадок и явлений, которые не имеют на данном этапе ответов. Стоит отметить, что даже самое близкое космическое тело, а именно Луна еще далеко не изучена. В силу несовершенства технологий и космических аппаратов мы не имеем ответов на огромное количество вопросов, которые касаются космического пространства. Все же наш портал сайт сможет ответить на много интересующих Вас вопросов и поведать очень много интересных фактов о космических явлениях.

Самые необычные космические явления от портала сайт

Достаточно интересным космическим явлением является галактический каннибализм. Несмотря на то, что галактики являются неживыми существами, все же с термина можно сделать вывод, что в основе его положено поглощение одной галактикой другую. Действительно, процесс поглощения себе подобных характерен не только для живых организмов, но и для галактик. Так, в настоящее время совсем недалеко от нашей галактики происходит подобное поглощение Андромедой более мелких галактик. По счету в этой галактике порядка десяти подобных поглощений. Среди галактик подобные взаимодействия достаточно распространенные. Также довольно часто кроме каннибализма планет может происходить их столкновение. При исследовании космических явлений смогли сделать вывод, что почти все изученные галактики когда-либо имели контакт с другими галактиками.

Еще одним интересным космическим явлением можно назвать квазары. Под этим понятием подразумевают своеобразные космические маяки, которые можно обнаружить с применением современного оборудования. Они раскиданы во всех отдаленных частях нашей Вселенной и свидетельствуют о зарождении всего космоса и его объектов. Особенностью этих явлений можно назвать то, что они излучают огромное количество энергии, по своей мощи она больше чем энергия, которую излучают сотни галактик. Еще в начале активного изучения космического пространства, а именно в начале 60-х годов было зафиксировано много объектов, которые считали квазарами.

Их основной характеристикой является мощное радиоизлучение и достаточно малые размеры. С развитием технологий стало известно, что только 10% от всех объектов, которые считали квазарами, действительно были этими явлениями. Остальные 90% практически не излучали радиоволны. Все объекты, относящиеся к квазарам, имеют очень мощное радиоизлучение, которое и могут фиксировать специальные приборы землян. Все же о данном явлении известно очень мало, и они остаются загадкой для ученых, по этому поводу выдвинуто масса теорий, но научных фактов об их происхождении не существует. Большинство склонно считать, что это зарождающиеся галактики, в середине которых находится огромная черная дыра.

Очень известным и в то же время неизученным явлением космоса является темная материя. Много теорий гласят о ее существовании, но ни одному ученому не удалось не то чтобы ее увидеть, но и зафиксировать с помощью приборов. Все же принято считать, что в космосе существуют определенные скопления этой материи. Для того чтобы провести исследования подобного явления человечество еще не владеет нужным оборудованием. Темная материя, по мнению ученых, образована с нейтрино или невидимых черных дыр. Существуют мнения и о том, что никакой темной материи не существует вовсе. Зарождение гипотезы о присутствии во Вселенной темной материи было выдвинуто за счет несоответствий гравитационных полей, также изучено, что плотность космических пространств неоднородная.

Для космического пространства также характерны гравитационные волны, эти явления также очень мало изучены. Под этим явлением принято считать искажения временного континуума в космосе. Об этом явлении было предсказано еще очень давно Эйнштейном, где он говорил о ней в своей известной теории относительности. Движение подобных волн происходит со скоростью света, а уловить их присутствие крайне сложно. На данном этапе развития мы можем их наблюдать только во время достаточно глобальных изменений в космосе, например, при слиянии черных дыр. И то наблюдение даже за такими процессами возможно только с применением мощных гравитационно-волновых обсерваторий. Нужно отметить, что зафиксировать эти волны возможно при излучении двух мощных взаимодействующих объектов. Наиболее качественно гравитационные волны можно фиксировать при контакте двух галактик.

Совсем недавно стало известно об энергии вакуума. Это подтверждает теории о том, что межпланетное пространство не пусто, а занято субатомными частицами, которые постоянно подвергаются разрушениям и новым образованиям. В подтверждение существования энергии вакуума выступает наличие энергии космоса антигравитационного порядка. Все это и приводит в движение космические тела и объекты. Это порождает еще одну загадку о значении и цели движения. Ученые даже пришли к выводу, что энергия вакуума очень велика, просто человечество еще не научилось ее использовать, мы привыкли получать энергию с веществ.

Все эти процессы и явления открыты для изучения в настоящее время, наш портал сайт поможет Вам ознакомиться с ними более детально и сможет дать много ответов на интересующие Вас вопросы. Мы владеем детальной информацией обо всех изученных и малоизученных явлениях. Также мы обладаем передовой информацией обо всех исследованиях космического пространства, которые проходят в настоящее время.

Интересным и достаточно неизученным космическим явлением можно назвать и микро черные дыры, которые были выявлены совсем недавно. Теория о существования черных дыр очень малого размера в начале 70-х годов прошлого века чуть полностью не перевернула всеми принятую теорию о большом взрыве. Считается, что микродыры расположены по всей Вселенной и имеют особую связь с пятым измерением, кроме того, они имеют свое влияние на временное пространство. Для изучения явлений, связанных с черными дырами малого размера, должен был помочь Адронный Коллайдер, но экспериментально подобные исследования крайне сложные даже с применением этого устройства. Все же ученые не оставляют изучения этих явлений и в ближайшее время планируется их детальное исследование.

Кроме маленьких черных дыр, известны такие явления, которые достигают гигантских размеров. Они отличаются высокой плотностью и сильным гравитационным полем. Гравитационное поле черных дыр настолько мощное, что даже свет не может вырваться от этого притягивания. Они очень часто встречаются в космическом пространстве. Черные дыры имеются практически в каждой галактике, причем их размеры могут превышать в десятки миллиардов раз размеры нашей звезды.

Люди, которые интересуются космосом и его явлениями обязаны быть знакомыми с понятием нейтрино. Эти частицы загадочны в первую очередь за счет того, что они не имеют собственного веса. Их активно используют для преодоления плотных металлов таких, как свинец, поскольку они практически не взаимодействуют с самим веществом. Они окружают все в космосе и на нашей планете, они с легкостью проходят через все вещества. Даже через тело человека проходит 10^14 нейтрино каждую секунду. В основном эти частицы выпущены при излучении Солнца. Все звезды являются генераторами этих частиц, также они активно выбрасываются в космическое пространство при взрывах звезд. Чтобы зафиксировать излучения нейтрино, ученые размещали на дне морей большие нейтрино-детекторы.

Немало загадок связано и с планетами, а именно со странными явлениями, которые с ними связаны. Существуют экзопланеты, которые расположены далеко от нашей звезды. Интересным фактом можно назвать то, что еще до 90-х годов прошлого века человечество считало, что планет вне нашей солнечной системы существовать не может, но это совершенно неверно. Даже в начале нынешнего года насчитывается порядка 452 экзопланет, которые размещены в различных планетных системах. Тем более что все известные планеты имеют самые разнообразные размеры.

Они могут быть как карликовыми, так и огромными газовыми гигантами, которые имеют размер как звезды. Ученые упорно ищут планету, которая напоминала бы нашу Землю. Эти поиски пока не увенчались успехом, поскольку сложно найти планету, которая имела бы такие размеры и подобную по составу атмосферу. При этом для возможного зарождения жизни необходимы и оптимальные условия температуры, что также очень сложно.

Анализируя все явления изучаемых планет, позволило в начале 2000-х обнаружить подобную планету нашей, но все же она имеет значительно большие размеры, а оборот вокруг своей звезды она проделывает почти за десять суток. В 2007 году была открыта еще одна подобная экзопланета, но и она имеет большие размеры, а год на ней проходит за 20 суток.

Исследования космических явлений и экзопланет, в частности, позволило осознать астронавтам о существовании огромного количества других планетных систем. Каждая открытая система дает ученым новый объем работ на изучение, поскольку каждая система отличается от другой. К сожалению, еще несовершенные методы исследований не могут раскрыть нам все данные о космическом пространстве и его явлениях.

На протяжении почти 50 лет астрофизики занимаются изучением открытого в 60-х годах слабого радиационного излучения. Это явление называют микроволновым фоном космоса. Также это излучение часто обозначают в литературе как реликтовое излучение, которое осталось после большого взрыва. Как известно, этот взрыв и положил начало формированию всех небесных тел и объектов. Большинство теоретиков при отстаивании теории большого взрыва используют этот фон как доказательство своей правоты. Американцам удалось даже измерить температуру данного фона, которая составляет 270 градусов. Ученые после этого открытия были удостоены Нобелевской премии.

Говоря о космических явлениях, просто невозможно не упомянуть об антиматерии. Эта материя находится как бы в постоянном сопротивлении к обычному миру. Как известно, отрицательные частички имеют своего положительно заряженного близнеца. Также и антивещество имеет в противовес позитрон. За счет всего этого при столкновении антиподов происходит выброс энергии. Часто в научной фантастике встречаются фантастические идеи, в которых космические корабли имеют силовые установки, работающие за счет столкновения античастиц. Интересных подсчетов удалось достичь физикам, по которым при взаимодействии одного килограмма антиматерии с килограммом обычных частиц будет выделено такое количество энергии, которое сопоставимо с энергией взрыва очень мощной ядерной бомбы. Принято считать, что обычная материя и антиматерия имеют подобное строение.

В силу этого возникает вопрос о таком явлении, почему большинство космических объектов состоят из вещества? Логичным ответом было бы то, что где-то во Вселенной существуют такие же скопления антивещества. Ученые, отвечая на подобный вопрос, отталкиваются от теории большого взрыва, при котором в первые секунды возникла подобная асимметрия в распределении веществ и материи. Ученым в лабораторных условиях удалось получить небольшое количество антиматерии, которого достаточно для дальнейшего исследования. Нужно отметить, что полученное вещество является самым дорогим на нашей планете, поскольку один его грамм стоит 62 триллиона долларов.

Все приведенные выше космические явления являются самой малой частичкой всего интересного о космических явлениях, с которыми Вы можете ознакомиться на портале сайт. Мы также имеем много фотографий, видео и другой полезной информации о космическом пространстве.

Буряков Иван

Творческая работа ученика 11 класса. В работе даны характеристики Солнца как звезды

Скачать:

Предварительный просмотр:

Областной конкурс творческих работ школьников

«Космос и человек»

Физика космоса

«СОЛНЦЕ»

11 класс МБОУ – СОШ с. Красное Знамя

Руководитель: Бурякова Светлана Анатольевна

Учитель физики

МБОУ – СОШ с. Красное Знамя

СОЛНЦЕ

1. Введение.

Солнце освещает и согревает нашу планету, без этого была бы невозможна жизнь на ней не только человека, но даже микроорганизмов. Солнце - главный (хотя и не единственный) двигатель происходящих на Земле процессов. Но не только тепло и свет получает Земля от Солнца. Различные виды солнечного излучения и потоки частиц оказывают постоянное влияние на ее жизнь.

В данной работе рассмотрены некоторые вопросы, связанные с «физикой Солнца».
Солнце посылает на Землю электромагнитные волны всех областей спектра - от многокилометровых радиоволн до гамма-лучей. Окрестностей Земли достигают также заряженные частицы разных энергий - как высоких, так и низких и средних. Наконец, Солнце испускает мощный поток элементарных частиц - нейтрино. Однако воздействие последних на земные процессы пренебрежительно мало: для этих частиц земной шар прозрачен, и они свободно сквозь него пролетают. Только очень малая часть заряженных частиц из межпланетного пространства попадает в атмосферу Земли (остальные отклоняет или задерживает геомагнитное поле). Но их энергии достаточно для того, чтобы вызвать полярные сияния и возмущения магнитного поля нашей планеты.
Солнце - рядовая звезда пашей Галактики. Поэтому такие проблемы, как источники энергии Солнца, его строение, образование спектра, являются общими для физики Солнца и звезд. Для земного наблюдателя уникальность Солнца состоит в том, что это ближайшая к нам и единственная пока звезда, поверхность которой можно подвергнуть детальному изучению. Непосредственно с поверхности Земли Солнце изучают радиометодами и оптическими методами. Внеатмосферная астрономия позволила значительно расширить исследуемый диапазон частот электромагнитного излучения Солнца, а также приступить к детальному исследованию его корпускулярного излучения. Всё многообразие солнечных явлений, раскрытое этими методами: зернистая (грануляционная) структура поверхности (фотосферы), сложные изменения яркости и движений в её отдельных активных центрах, процессы в самых внешних, разреженных слоях атмосферы - хромосфере и короне, в частности солнечные вспышки, образование протуберанцев, солнечного ветра,- свойственно, вероятно, не только Солнцу, но и другим звёздам. Поэтому физика солнечных явлений имеет огромное значение для развития астрофизики в целом.

2. Солнце как звезда.

Солнце – ближайшая к Земле звезда, в которой сосредоточено 99,866% массы Солнечной системы. Солнце находится в одном из спиральных рукавов Галактики на расстоянии более половины галактического радиуса от ее центра. Вместе с соседними звездами Солнце обращается вокруг центра Галактики с периодом около 240 миллионов лет.

Солнце - газовый, точнее плазменный, шар. Радиус Солнца R=6,96 10 10 см, т.е. в 109 раз больше экваториального радиуса Земли; масса Солнца составляет 1,99 10 33 г, т. е. в 333 000 раз больше массы Земли. В Солнце сосредоточено 99,800% массы Солнечной системы. Средняя плотность солнечного вещества 1,41 г/см 3 , что составляет 0,256 средней плотности Земли (солнечное вещество содержит по массе свыше 70% водорода, свыше 20% гелия и около 2% других элементов). Ускорение свободного падения на уровне видимой поверхности Солнца g= 2,74 l0 4 см/с 2 . Вращение Солнца имеет дифференциальный характер: экваториальная зона вращается быстрее (14,4° за сутки), чем высокоширотные зоны (~10° за сутки у полюсов). Средний период вращения Солнца 25,38 суток, скорость на экваторе около 2 км/с, энергия вращения (определённая по вращению поверхности) составляет 2,4 42 эрг. Мощность излучения Солнца- его светимость 3,86-10 33 эрг/с (3,86 10 26 Вт), эффективная температура поверхности Т э = 5780 К. Солнце относится к звёздам-карликам спектрального класса G 2, типичный желтый карлик На диаграмме Герцшпрунга–Ресселла (спектр - светимость) Солнце находится в средней части главной последовательности , на которой лежат стационарные звезды, практически не изменяющие своей светимости в течение многих миллиардов лет. Солнце имеет 9 спутников-планет, суммарная масса которых составляет всего лишь 0,13% массы Солнца.

Под действием гравитации Солнце, как и любая звезда, стремится сжаться. Этому сжатию противодействует перепад давления, возникающий из-за высокой температуры и плотности внутренних слоев Солнца. В центре Солнца температуpa Т 1,6 10 7 К, плотность 160 г см -3 . Столь высокая температура в центральных областях Солнца, может поддерживаться длительно только ядерными реакциями синтеза гелия из водорода. Эти реакции и являются основным источником энергии Солнца. В процессе превращения водорода в гелий ежесекундно аннигилируется 4 миллиона тонн солнечного вещества. Поверх ядра расположена зона излучения, где образовавшиеся в процессе ядерного синтеза фотоны с высокой энергией сталкиваются с электронами и ионами, порождая повторное световое и тепловое излучение.

Из Планка закона излучения следует, что при температурах, характерных для центра Солнца, основная энергия излучения приходится на рентгеновский диапазон. Из центральной области Солнца до его поверхности электромагнитное излучение из-за многократного поглощения и переизлучения доходит за время ~ 1 млн. лет, при этом его спектр существенно изменяется (напомним, что путь, в 200 раз больший,- от Солнца до Земли - свет проходит за время « 8 мин). В недрах Солнца атомы (в основном это атомы водорода) находятся в ионизованном состоянии. Если водород полностью ионизован, то поглощение излучения связано главным образом с отрывом электронов от ионов более тяжёлых элементов. Однако таких элементов в недрах Солнца мало, движущиеся из солнечных недр фотоны частично рассеиваются и поглощаются свободными электронами. Перенос энергии излучением сильно затрудняется.

Выше, в самых поверхностных слоях Солнца, энергия вновь переносится излучением. Излучение, приходящее от Солнца к внешнему наблюдателю, возникает в чрезвычайно тонком поверхностном слое - фотосфере (слое, излучающий свет), имеющем толщину 320 - 350 км. от области, где атмосфера Солнца становится непрозрачной; эта область образует основание хромосферы или поверхность Солнца, от которой определяются размеры Солнца, расстояние от поверхности Солнца и т.д. В этих слоях имеют место такие проявления солнечной активности, как солнечные пятна и вспышки. Слой, покрывающий фотосферу, называется хромосферой. Хромосфера достигает высоты 7 000 километров. Через хромосферу прорываются спикулы и протуберанцы. Самые разреженные внешние слои образуют солнечную корону, сливаясь с межпланетной средой.

3. Фотосферные явления.

Фотосфера - атмосфера Солнца начинается на 200-300 км глубже видимого края солнечного края. Эти самые глубокие слои атмосферы называют фотосферой. Поскольку их толщина составляет не более одной трехтысячной доли солнечного радиуса, фотосферу иногда условно называют поверхностью Солнца.
Плотность газов в фотосфере примерно такая же, как в земной стратосфере, и в сотни раз меньше, чем у поверхности Земли. Температура фотосферы уменьшается от 8000 К на глубине 300 км до 4000 К в самых верхних слоях. Температура же того среднего слоя, излучение которого мы воспринимаем, около 6000 К. При таких условиях почти все молекулы газа распадаются на отдельные атомы. Лишь в самых верхних слоях фотосферы сохранятся относительно немного простейших молекул и радикалов типа H 2 , OH, CH. СН. С Земли Солнце представляется кругом со средним угловым диаметром 1920". При хороших погодных условиях в солнечный телескоп различимы детали размером порядка 1" (около 700 км).
В видимом диапазоне солнечная поверхность представляется совокупностью ярких площадок, окружённых относительно тёмными тонкими промежутками. Это - солнечные гранулы. Средний размер их около 700 км, время существования составляет около 8 мин. Гранулы разделяются тёмными промежутками шириной около 300 км.
В областях, отстоящих от солнечного экватора на ±30° кроме спокойной грануляционной картины наблюдаются солнечные пятна и факелы. В телескоп различимы тёмный овал (тень пятна), окружённый более светлой полутенью. Характерный размер развитого пятна составляет около 35 000 км. Диаметр тени примерно вдвое меньше. Близ тени имеются отдельные яркие участки, которые в виде узких струй растекаются к периферии пятна. Они образуют характерную волокнистую структуру полутени. Время жизни отдельных волокон - 30 - 60 мин. Поток лучистой энергии в тени пятна ослаблен примерно в 3 раза, что объясняется понижением температуры от 6000 до 4500 К. это понижение температуры отражается и на спектре пятен: усилены спектральные линии более низкого возбуждения, молекулярные полосы. Линии несколько сдвинуты в коротковолновую область, что, в соответствии с эффектом Доплера, свидетельствует о вытекании газа из пятна на уровне фотосферы. Движение наружу - от тени к периферии - характерно для тёмных, холодных волокон. Более горячий газ медленно движется в противоположном направлении. В полутени направление движения близко к горизонтальному. На больших высотах - в хромосфере и короне - газ, наоборот, втекает в область пятна.
Пятна обычно окружены сетью ярких цепочек - фотосферным факелом - шириной около 5000 км и длиной до 50000 км. Факел - долгоживущее образование, время его существования достигает года, тогда как группа пятен на его фоне существует, в среднем, около месяца. Суммарная площадь цепочек - волокон факела - примерно в 4 раза больше площади пятна. Факелы встречаются и независимо от пятен. Температура верхних слоёв факела примерно на 300 К выше температуры невозмущённой фотосферы.

4. Хромосфера Солнца.

Хромосфера (греч. "сфера цвета") названа так за свою красновато-фиолетовую окраску. Она видна во время полных солнечных затмений как клочковатое яркое кольцо вокруг черного диска Луны, только что затмившего Солнце. Хромосфера весьма неоднородна и состоит в основном из продолговатых вытянутых язычков (спикул), придающих ей вид горящей травы. Температура этих хромосферных струй в два-три раза выше, чем в фотосфере, а плотность в сотни тысяч раз меньше. Общая протяженность хромосферы 10-15 тыс. километров.
Рост температуры в хромосфере объясняется распространением волн и магнитных полей, проникающих в нее из конвективной зоны. Вещество нагревается примерно так же, как если бы это происходило в гигантской микроволновой печи. Скорости тепловых движений частиц возрастают, учащаются столкновения между ними, и атомы теряют свои внешние электроны: вещество становится горячей ионизованной плазмой. Эти же физические процессы поддерживают и необычайно высокую температуру самых внешних слоев солнечной атмосферы, которые расположены выше хромосферы.
Часто во время затмений (а при помощи специальных спектральных приборов - и не дожидаясь затмений) над поверхностью Солнца можно наблюдать причудливой формы "фонтаны", "облака", "воронки", "кусты", "арки" и прочие ярко светящиеся образования из хромосферного вещества. Они бывают неподвижными или медленно изменяющимися, окруженными плавными изогнутыми струями, которые втекают в хромосферу или вытекают из нее, поднимаясь на десятки и сотни тысяч километров. Это самые грандиозные образования солнечной атмосферы - протуберанцы . При наблюдении в красной спектральной линии, излучаемой атомами водорода, они кажутся на фоне солнечного диска темными, длинными и изогнутыми волокнами.

Наиболее распространены "спокойные" протуберанцы, появление которых обычно связано с развитием группы пятен, но существуют они значительно дольше пятен (до 1 года). Непосредственно в зоне пятен наблюдаются после вспышек, протуберанцы солнечных пятен - потоки газа, втекающего из короны в зону пятен со скоростями в несколько десятков км/с. Другой вид протуберанцев связан с выбросами вещества вверх (обычно после вспышек) со скоростями 100-1000 км/с (быстрые эруптивные протуберанцы).

Протуберанцы имеют примерно ту же плотность и температуру, что и хромосфера. Но они находятся над ней и окружены более высокими, сильно разреженными верхними слоями солнечной атмосферы. Протуберанцы не падают в хромосферу потому, что их вещество поддерживается магнитными полями активных областей Солнца.
Впервые спектр протуберанца вне затмения наблюдали французский астроном Пьер Нансен и его английский коллега Джозеф Локьер в 1868 г. Щель спектроскопа располагают так, чтобы она пересекала край Солнца, и если вблизи него находится протуберанец, то можно заметить спектр его излучения. Направляя щель на различные участки протуберанца или хромосферы, можно изучить их по частям. Спектр протуберанцев, как и хромосферы, состоит из ярких линий, главным образом водорода, гелия и кальция. Линии излучения других химических элементов тоже присутствуют, но они намного слабее.
Некоторые протуберанцы, пробыв долгое время без заметных изменений, внезапно как бы взрываются, и вещество их со скоростью в сотни километров в секунду выбрасывается в межпланетное пространство. Вид хромосферы также часто меняется, что указывает на непрерывное движение составляющих ее газов.
Иногда нечто похожее на взрывы происходит в очень небольших по размеру областях атмосферы Солнца. Это так называемые хромосферные вспышки (самые мощные взрывоподобные процессы, могут продолжаться всего несколько минут, но за это время выделяется энергия, которая иногда достигает 10 25 Дж). Они длятся обычно несколько десятков минут. Во время вспышек в спектральных линиях водорода, гелия, ионизованного кальция и некоторых других элементов свечение отдельного участка хромосферы внезапно увеличивается в десятки раз. Особенно сильно возрастает ультрафиолетовое и рентгеновское излучение: порой его мощность в несколько раз превышает общую мощность излучения Солнца в этой коротковолновой области спектра до вспышки.
Пятна, факелы, протуберанцы, хромосферные вспышки - все это проявления солнечной активности. С повышением активности число этих образований на Солнце становится больше.

Хромосфера гораздо разреженнее, чем фотосфера. На фоне яркого неба ее не видно. Непосредственно хромосферу можно видеть только в течение немногих секунд во время полного солнечного затмения. При этом из-за черного края Луны она видна как красный узкий серп, редко как полное тонкое кольцо. Ослепительная фотосфера в это время закрыта Луной, и небо вокруг Солнца темнее, чем обычно. Спектр хромосферы состоит из ярких линий, среди которых ярче всех красная водородная линия. Оттого и цвет хромосферы красный. Это дает возможность видеть хромосферу через светофильтр, пропускающий свет только красной водородной линии. По спектру хромосферы определяют ее химический состав и высоту, на которую поднимаются в ней разные химические элементы. Выше всего поднимаются водород и ионизированный кальций.

Тогда как спектр солнечной атмосферы состоит из ярких линий, спектр солнечного диска непрерывный, перерезанный множеством темных линий поглощения. Они называются фраунгоферовыми, по фамилии выдающегося немецкого оптика Фраунгофера, впервые зарисовавшего в 1814 г. расположение нескольких сот линий. Происхождение этих линий и польза от их изучения стали понятны лишь много позднее.

Излучение нижних, более плотных и горячих слоев фотосферы поглощается более холодными разреженными верхними слоями газа в определенных длинах волн (или в определенных линиях спектра), характерных для атомов данного элемента. Следовательно, в спектре Солнца возникает темная линия. По фраунгоферовым линиям делают и качественный и количественный анализ солнечной атмосферы. В ней найдено 68 из общего числа химических элементов периодической таблицы Д. И. Менделеева. Атомов водорода на Солнце в 10 раз больше, чем всех остальных, а по массе водород составляет 70% массы Солнца, гелий - 29% массы, и 1% ее приходится на все остальные элементы. В составе Солнца мы находим те же элементы, которые имеются на Земле.

Здесь мы опять видим материальное единство Вселенной и возможность применять ко Вселенной законы физики и химии, обнаруженные в земных условиях.

При помощи прибора спектрогелиографа можно изучать распределение и движение в солнечной атмосфере различных газов на разной высоте над фотосферой. На фотографиях, полученных при помощи этого прибора, кроме протуберанцев, видны более светлые горячие облака (флоккулы) в области хромосферы над факелами. Обычно они окружают пятна. Иногда видны яркие хромосферные вспышки. Это наиболее мощные и быстрые проявления солнечной активности, к которой также относится образование пятен, флоккул и протуберанцев. При хромосферной вспышке за несколько минут часть флоккулы усиливается в яркости. Это вызвано катастрофическим сжатием газа под действием магнитных полей, которые развиваются в пятнах. Сжатие очень повышает температуру газа, а магнитные поля разгоняют некоторые частицы до огромных скоростей. В результате происходят следующие явления: усиливаются рентгеновское и радиоизлучение Солнца, увеличивается поток космических лучей; из Солнца со скоростью в среднем около 1000 км/сек выбрасываются корпускулярные потоки. Корпускулярные потоки, налетая на Землю, возмущают ее магнитное поле, проникают в области полюсов в атмосферу и создают в ней магнитные бури, полярные сияния и т. п.

Косвенным путем эти электромагнитные и сопутствующие им изменения, по-видимому, влияют и на живые организмы. Корпускулярные потоки создают в солнечной системе солнечный ветер, влияющий также на хвосты комет, на поверхность планет, не имеющих атмосферы и т. д. Ветром эти потоки назвали потому, что они испускаются Солнцем непрерывно: «дуют от Солнца, как ветер». Быстрые усиления радиоизлучения в миллионы раз называются радиовсплесками возмущенного Солнца.

5. Солнечная корона.

Выше хромосферы над Солнцем простирается самая верхняя часть его атмосферы - солнечная корона. Она состоит из разреженного газа, имеющего температуру около миллиона градусов, находящегося в особом состоянии и дающего спектр из ярких линий преимущественно сильно ионизированного железа, которых на Земле никогда не удавалось получить в лаборатории. Их расшифровали теоретически. Надо напомнить, что и газ гелий (что значит «солнечный») был открыт на Солнце на несколько десятилетий раньше, чем его нашли на Земле. Это еще примеры того, как физика космоса - астрофизика дополняет и расширяет физические знания.

Корона образует красивые длинные лучи, превышающие по длине радиус Солнца. Во время полных солнечных затмений корона представляет собой поразительно красивое зрелище. Солнечная корона гораздо более разрежена, чем хромосфера, и является основным источником радиоизлучения Солнца. Радиометоды позволяют проследить за короной на расстоянии в несколько десятков солнечных радиусов. Это сверхкорона Солнца, переходящая в межпланетную среду. Структура короны связана со строением активных областей Солнца - с пятнами и протуберанцами, а ее лучи тянутся вдоль магнитных силовых линий, выходящих из активных областей. Корональные лучи связаны с движением через корону корпускулярных потоков. Форма короны в целом меняется, и в максимуме солнечной активности она одна, а в минимуме другая.
Корона - в отличие от фотосферы и хромосферы самая внешняя часть атмосферы Солнца обладает огромной протяженностью: она простирается на миллионы километров, что соответствует нескольким солнечным радиусам, а ее слабое продолжение уходит еще дальше.
Плотность вещества в солнечной короне убывает с высотой значительно медленнее, чем плотность воздуха в земной атмосфере. Уменьшение плотности воздуха при подъеме вверх определяется притяжением Земли. На поверхности Солнца сила тяжести значительно больше, и, казалось бы, его атмосфера не должна быть высокой. В действительности она необычайно обширна. Следовательно, имеются какие-то силы, действующие против притяжения Солнца. Эти силы связаны с огромными скоростями движения атомов и электронов в короне, разогретой до температуры 1-2 млн. градусов!
Корону лучше всего наблюдать во время полной фазы солнечного затмения. Правда, за те несколько минут, что она длится, очень трудно зарисовать не только отдельные детали, но даже общий вид короны. Глаз наблюдателя едва лишь начинает привыкать к внезапно наступившим сумеркам, а появившийся из-за края Луны яркий луч Солнца уже возвещает о конце затмения. Поэтому часто зарисовки короны, выполненные опытными наблюдателями во время одного и того же затмения, сильно различались. Не удавалось даже точно определить ее цвет.
Изобретение фотографии дало астрономам объективный и документальный метод исследования. Однако получить хороший снимок короны тоже нелегко. Дело в том, что ближайшая к Солнцу ее часть, так называемая внутренняя корона, сравнительно яркая, в то время как далеко простирающаяся внешняя корона представляется очень бледным сиянием. Поэтому если на фотографиях хорошо видна внешняя корона, то внутренняя оказывается передержанной, а на снимках, где просматриваются детали внутренней короны, внешняя совершенно незаметна. Чтобы преодолеть эту трудность, во время затмения обычно стараются получить сразу несколько снимков короны - с большими и маленькими выдержками. Или же корону фотографируют, помещая перед фотопластинкой специальный "радиальный" фильтр, ослабляющий кольцевые зоны ярких внутренних частей короны. На таких снимках ее структуру можно проследить до расстояний во много солнечных радиусов.
Уже первые удачные фотографии позволили обнаружить в короне большое количество деталей: корональные лучи, всевозможные "дуги", "шлемы" и другие сложные образования, четко связанные с активными областями.
Главной особенностью короны является лучистая структура. Корональные лучи имеют самую разнообразную форму: иногда они короткие, иногда длинные, бывают лучи прямые, а иногда они сильно изогнуты. Еще в 1897 г. пулковский астроном Алексей Павлович Ганский обнаружил, что общий вид солнечной короны периодически меняется. Оказалось, что это связано с 11-летним циклом солнечной активности.
С 11-летним периодом меняется как общая яркость, так и форма солнечной короны. В эпоху максимума солнечных пятен она имеет сравнительно округлую форму. Прямые и направленные вдоль радиуса Солнца лучи короны наблюдаются как у солнечного экватора, так и в полярных областях. Когда же пятен мало, корональные лучи образуются лишь в экваториальных и средних широтах. Форма короны становится вытянутой. У полюсов появляются характерные короткие лучи, так называемые полярные щеточки. При этом общая яркость короны уменьшается. Эта интересная особенность короны, по-видимому, связана с постепенным перемещением в течении 11-летнего цикла зоны преимущественного образования пятен. После минимума пятна начинают возникать по обе стороны от экватора на широтах 30-40°. Затем зона пятнообразования постепенно опускается к экватору.
Тщательные исследования позволили установить, что между структурой короны и отдельными образованиями в атмосфере Солнца существуют определенная связь. Например, над пятнами и факелами обычно наблюдаются яркие и прямые корональные лучи. В их сторону изгибаются соседние лучи. В основании корональных лучей яркость хромосферы увеличивается. Такую ее область называют обычно возбужденной. Она горячее и плотнее соседних, невозбужденных областей. Над пятнами в короне наблюдаются яркие сложные образования. Протуберанцы также часто бывают окружены оболочками из корональной материи.
Корона оказалась уникальной естественной лабораторией, в которой можно наблюдать вещество в самых необычных и недостижимых на Земле условиях.
На рубеже XIX-XX столетий, когда физика плазмы фактически еще не существовала, наблюдаемые особенности короны представлялись необъяснимой загадкой. Так, по цвету корона удивительно похожа на Солнце, как будто его свет отражается зеркалом. При этом, однако, во внутренней короне совсем исчезают характерные для солнечного спектра фраунгоферовы линии. Они вновь появляются далеко от края Солнца, во внешней короне, но уже очень слабые. Кроме того, свет короны поляризован: плоскости, в которых колеблются световые волны, располагаются в основном касательно к солнечному диску. С удалением от Солнца доля поляризованных лучей сначала увеличивается (почти до 50%), а затем уменьшается. Наконец, в спектре короны появляются яркие эмиссионные линии, которые почти до середины XX в. не удалось отождествить ни с одним из известных химических элементов.
Оказалось, что главная причина всех этих особенностей короны - высокая температура сильно разреженного газа. При температуре свыше 1 млн. градусов средние скорости атомов водорода превышают 100 км/с, а у свободных электронов они еще раз в 40 больше. При таких скоростях, несмотря на сильную разреженность вещества (всего 100 млн. частиц в куб см, что в 100 млрд. раз разреженнее воздуха на Земле!), сравнительно часты столкновения атомов, особенно с электронами. Силы электронных ударов так велики, что атомы легких элементов практически полностью лишаются всех своих электронов и от них остаются лишь "голые" атомные ядра. Более тяжелые элементы сохраняют самые глубокие электронные оболочки, переходя в состояние высокой степени ионизации.
Итак, корональный газ - это высокоионизованная плазма; она состоит из множества положительно заряженных ионов всевозможных химических элементов и чуть большего количества свободных электронов, возникающих при ионизации атомов водорода (по одному электрону), гелия (по два электрона) и более тяжелых атомов. Поскольку в таком газе основную роль играют подвижные электроны, его часто называют электронным газом, хотя при этом подразумевается наличие такого количества положительных ионов, которое полностью обеспечивало бы нейтральность плазмы в целом.
Белый цвет короны объясняется рассеиванием обычного солнечного света на свободных электронах. Они не вкладывают своей энергии при рассеивании: колеблясь в такт световой волны, они лишь изменяют направление рассеиваемого света, при этом поляризуя его. Таинственные яркие линии в спектре порождены необычным излучением высокоионизированных атомов железа, аргона, никеля, кальция и других элементов, возникающим только в условиях сильного разрежения. Наконец, линии поглощения во внешней короне вызваны рассеиванием на пылевых частицах, которые постоянно присутствуют в межзвездной среде. А отсутствие линии во внутренней короне связано с тем, что при рассеянии на очень быстро движущихся электронах все световые кванты испытывают столь значительные изменения частот, что даже сильные фраунгоферовы линии солнечного спектра полностью "замываются".
Итак, корона Солнца - самая внешняя часть его атмосферы, самая разреженная и самая горячая. Добавим, что она и самая близкая к нам: оказывается, она простирается далеко от Солнца в виде постоянно движущегося от него потока плазмы - солнечного ветра. Вблизи Земли его скорость составляет в среднем 400-500 км/с, а порой достигает почти 1000 км/с. Распространяясь далеко за пределы орбит Юпитера и Сатурна, солнечный ветер образует гигантскую гелиосферу, граничащую с еще более разреженной межзвездной средой.
Фактически мы живем окруженные солнечной короной, хотя и защищенные от ее проникающей радиации надежным барьером в виде земного магнитного поля. Через корону солнечная активность влияет на многие процессы, происходящие на Земле (геофизические явления).

Темные, зловещего вида области в левой части солнечного диска - это так называемые корональные дыры. Эти области, располагающиеся над поверхностью, где силовые линии солнечного магнитного поля уходят в межпланетное пространство, характеризуются пониженным давлением. Корональные дыры начали интенсивно изучать со спутников начиная с 1960-х годов в ультрафиолетовом и рентгеновском свете. Известно, что они являются источниками интенсивного солнечного ветра, который состоит из атомов и электронов, улетающих от Солнца вдоль разомкнутых силовых линий магнитного поля.

6. Солнечная активность и магнитные бури.

- все явления солнечной активности связаны с выходом на поверхность Солнца магнитных полей.

На Солнце очень неспокойно. На данной картинке, в условных цветах, изображена активная область, расположенная на краю диска Солнца. Горячая плазма вырывается из Солнечной фотосферы и движется вдоль линий магнитного поля. Красным отмечены очень горячие области, указывая на то, чтопо некоторым петлям магнитного поля распространяется более горячее вещество, нежели по другим петлям. Петли магнитного поля очень велики, так что внутри них легко может поместиться Земля.

Магнитные бури.

Этот корональный выброс массы на Солнце сопутствовал вспышке среднего масштаба. Когда к 2013 году Солнце достигнет пика в своем 11-летнем цикле активности, подобные события будут происходить на нем три-четыре раза в день.

Потоки частиц, испускаемые Солнцем, льются на Землю уже миллиарды лет. Однако следующая мощная вспышка, которой повезет с прямым попаданием в Землю, будет способна повредить энергосети и другие объекты инфраструктуры, поразив таким образом технические системы, лежащие сейчас в основе нашей цивилизации.

8-часовая последовательность наблюдений выброса корональной массы 5-6 августа 1999 года с помощью коронографа белого света на космическом аппарате SOHO.
Белая окружность показывает размер и положение Солнца. Выброс в верхнем левом углу движется приблизительно перпендикулярно линии Солнце-Земля и поэтому не попадет в окрестность Земли

В чем состоит действие солнечной бури.

В процессе коронального выброса массы Солнце извергает высокоэнергетические частицы, которые улетают в космос на скоростях в несколько миллионов километров в час. Через день или чуть позже эти частицы оказываются в магнитном поле Земли, порождая магнитную бурю.

• Потоки высокоэнергетических протонов и электронов повреждают электронные схемы и вызывают деградацию солнечных батарей космических аппаратов (в том числе и Международной космической станции).
• Под их воздействием несколько нагревается верхний слой атмосферы, что вызывает ее «подъем». В результате повышается лобовое сопротивление движению низкоорбитальных спутников, что требует коррекции и снижает их сроки пребывания на орбитах.
• Под воздействием радиации ионосфера Земли меняет свою форму. В ней образуются пузыри плазмы. Проходя через такие зоны, сигналы от спутников GPS искажаются или поглощаются. В результате становится невозможной точная спутниковая навигация.
• Кроме того, ионизированные частицы воздействуют на распространение радиоволн. Самолеты, летающие в Заполярье (на широтах выше 85 градусов), полностью зависят в своей навигации от высокочастотной радиосвязи, так что в такой ситуации серьезно рискуют сбиться с курса.
• Колебания магнитного поля наводят сильные электрические токи в газо- и нефтепроводах, провоцируя таким образом их коррозию.
• Кроме того, эти токи наводятся и в инфраструктуре электросетей, например в трансформаторах, которые могут просто взорваться из-за резких бросков тока.

Это может показаться чрезмерно пессимистичным, однако реальные исторические хроники утверждают, что Хэллоуинская буря 2003 года выглядит сущей безделицей в сравнении с более ранними событиями.

В марте 1989 года геомагнитная буря вырубила высоковольтный трансформатор на гидроэлектростанции в канадском Квебеке. В результате морозной зимней ночью вся провинция на девять часов осталась без электричества. Магнитная буря, охватившая всю Землю в марте 1921 года, вызывала пожары на телеграфных и телефонных станциях, а также на железнодорожных станциях, подключенных к только зарождающимся электросетям. Самая сильная из наблюдавшихся до сих пор магнитных бурь - «Событие Кэррингтона» - произошла в сентябре 1859 года. Тогда наведенные геомагнитной бурей токи достигали такой силы, что в течение четырех суток телеграфисты, отключив свое оборудование от аккумуляторов, передавали сообщения, используя исключительно «ток полярного сияния», который наводился в линиях передачи.

«За все эти годы в физических механизмах солнечного и земного магнитных полей не изменилось по сути ничего. Изменились мы сами, - говорит Джон Каппенман. - Мы понастроили множество грандиозных электросетей и, завязав на них все стороны нашей жизнедеятельности, стали зависеть от их капризов. Раньше или позже мы дождемся еще одной бури, сравнимой с «Событием Кэррингтона». Только в 1859 году единственной технической системой, оказавшейся под ударом космической стихии, была телеграфная сеть, а в 1921 году вся электроэнергетика пребывала на стадии младенчества. Теперь же куда ни посмотри - мы везде видим системы и сети, практически беззащитные перед магнитными бурями.

Итак, учитывая все выше указанное, чтобы на земле случилась магнитная буря , «выстрел» солнечной вспышки должен быть :

• направленным в сторону Земли;
• достаточно своеобразным, что бы поменять полярность солнечного ветра (и сохранить это изменение на время полета до Земли);
• достаточно мощным, что бы сделать солнечный ветер сильнее магнитного поля земли (и сохранить это изменение на время полета до Земли)

Следовательно, далеко не каждая вспышка на Солнце приводит к каким-либо возмущениям магнитосферы (а тем более, к магнитным бурям) - таких вспышек всего 30-40 процентов от общего числа (оговорюсь – это не значит, что 30-40% вспышек вызывают бури, а 30-40% вспышек приводят к возмущениям магнитосферы, которые не обязательно являются бурями).

Заключение.

Физика Солнца, вещество которого находится в состоянии плазмы (существенная часть составляющих хромосферу атомов - ионизирована), одновременно является и «физикой плазмы». Из теории физики плазмы (обстоятельно и в то же время ясно изложенной академиком Л.А. Арцимовичем в его книге «Элементарная физика плазмы» известно, что если в плазме имеется перемещающееся в пространстве или изменяющееся по величине напряжённости магнитное поле, неизбежно возникают электрические токи, обусловленные воздействием поля на составляющие плазму ионы атомов и электроны. То есть, по существу возникает нагрев и движение этой части плазмы в целом.

Уже в первых научных работах по теории солнечных вспышек, выполненных нашим соотечественником С.И. Сыроватским, возникновение солнечных вспышек объяснялось якобы возможным процессом «пересоединения» магнитных силовых линий при взаимодействии перемещающихся относительно друг друга двух или более локальных магнитных полей. Именно такая ситуация и имеет место в хромосфере Солнца, за исключением самой возможности процесса «пересоединения».

Все последующие «теории» опирались, в том или ином виде, именно на движение в пространстве и изменение во времени напряжённости локальных магнитных полей. В этом не было ничего удивительного, так как солнечные вспышки возникают только в плазме, находящейся в этих полях. Однако не было учтено одно обстоятельство – низкая скорость движения локальных магнитных полей относительно друг друга и медленное изменение величины их напряжённости.
Физиков можно понять – не видно никакой другой альтернативы, если рассматривать процессы на Солнце в отрыве от процессов в Солнечной системе, а в данном случае – и от процессов во Вселенной в целом. К сожалению, чаще всего, как и в данном конкретном случае, именно так и поступают. Иначе чем объяснить такое количество нерешённых проблем в «физике Солнца», да и в физике в целом? Эти проблемы будут решать будущие поколения физиков. Возможно, некоторые из них уже учатся в российских школах.

Список использованной литературы.

краткое содержание других презентаций

«Задачи на сохранение импульса» - План решения задач на закон сохранения импульса. Решите самостоятельно. Импульс тела. Закон сохранения импульса. Определите знаки проекций импульсов. Импульсы орудия и снаряда. Импульс системы точек. Какую скорость приобретёт лежащее на льду чугунное ядро. Какова скорость вагонов. Человек. Скорость вагонетки. Путь лодки.

«Метеостанция» - Изучение работы метеостанции. Замерительная рейка. Прибор. Закрытые излучатели. Атмосферное давление. Термометры. Результаты. Опросы. Флюгер. Барометр. Сообщения о погоде. Служба погоды. Психометрические таблички. Лента Гелиографа. Барограф. Анеморумбометр. Гигрометры внутри будки. Замеры температуры. Ледоскоп. Наблюдения по измерению скорости и направления ветра. Психометрическая будка. Гелиограф.

«Распространение звуковых волн» - Звуковые волны. Знания о звуке. Механические упругие волны. Источники звука. Звуковая волна. Причина появления звука. Скорость звука. Средство передачи информации. Вопрос. Что такое звук. Передача звука. С помощью речи люди общаются. Распространение звуковых волн. Объект. Звук является средством обмена информацией. Почему эхо не всегда можно услышать. Мир звуков. Звук. Звук обладает свойством огибать препятствия.

«Механика «Резонанс»» - Резонанс. Резонансная частота. Эффект резонанса. Струна. Резонансные явления. Ускорение свободного падения. Определение резонанса. Частота зависит от скорости. Частота главного резонанса. Механика. Скорость распространения волны.

«Задачи «Магнитное поле»» - Магнитная стрелка. Определить направление силы Ампера. Токи противоположных направлений. Электрические заряды. Правило левой руки. Направление силы. Определить направление тока. Картина магнитных линий прямого тока. Определить направление тока в проводнике. Изменится сила Ампера. Два параллельных проводника. Электрическое поле. Как будут взаимодействовать друг с другом два параллельных проводника.

«Камера Вильсона» - Назначение прибора. Устройство. Усовершенствование. Принцип роботы. Емкость. Камера Вильсона. Изобретатель прибора. Значение. Камера. Вильсон.

Презентация по физике на тему: «Физика в космосе»

• Введение.
• Космос. Его освоение.
• Учёные-первопроходцы.

1. Доказательство вращения Земли.

Маятник Фуко.

2. Инерция. Явление инерции в космосе.

3. Почему Луна не падает на Землю?

4. Как Луна вращает Землю.

• Заключение.
• Литература.

Введение

Физика - одна из основных наук о природе. Законы физики - это законы мира, в котором мы живем. Название этой науки - "physis" - ввел древнегреческий ученый Аристотель (384 - 322 гг до н.э.). В переводе на русский язык это слово означает "природа", но под природой Аристотель понимал не просто окружающий человека мир, не естественную среду его обитания, а сущность вещей и событий - то, из чего состоит все сущее в мире, и то как, и почему именно так, все происходит в мире. Все что происходит в окружающем нас мире принято называть явлением.

Я хочу вас познакомить с некоторыми явлениями, которые имеют отношение к космосу.

Космос.

Освоение космоса.

Эра освоения космоса началась 4 октября 1957г., запуском первого советского искусственного спутника Земли. Первым человеком в мире, проложившим путь в космос, был Ю. А. Гагарин. Его полет 12 апреля 1961г. на космическом корабле "Восток" вошел в историю человечества как выдающееся событие.

В ХХ веке прогресс науки позволил человеку выйти в космос (космонавт А. А. Леонов 18 марта 1965 г.) , но основы современной научной мысли были заложены учеными-первопроходцами, посвятившими свою жизнь изучению естественных наук.

Учёные-первопроходцы.

Каждая эпоха рождает людей, отказывающихся следовать общепринятым правилам и обычаям своего времени. После того, как в 1543 г. были опубликованы теории астронома Николая Коперника (1473-1543 гг.), в Европе начало распространяться представление о том, что Земля вращается вокруг Солнца, а не наоборот.

Н. Коперник

Джордано Бруно (1548-1600гг.) под влиянием работы Н. Коперника “Об обращении небесных сфер” стал разрабатывать собственную картину мироздания. Его объявили еретиком, приговорили к смертной казни и сожгли на костре.

Дж. Бруно

Галилео Галилей (1564-1642гг.), с жадностью прочитав работу Коперника, стал его последователем. Сконструировав телескоп, он провёл астрономические наблюдения, в корне изменившие представления людей о Солнечной системе. “И все-таки она вертится”, - настаивал Галилей после того, как его заставили отречься от своих убеждений.

Г. Галилей

В 1642 г. в Италии умер Г. Галилей, а через год в Англии родился Исаак Ньютон. Имя английского физика И. Ньютона неразрывно связано с тремя фундаментальными законами механики, а также с законом всемирного тяготения. На их основе была выстроена вся физика XVIII - XIX веков.

Доказательство вращения Земли. Маятник Фуко.

Хотя в XIX веке никто из образованных людей уже не сомневался, что Земля вращается вокруг своей оси, а не Солнце вокруг неё, известный французский ученый Леон Фуко поставил в 1851 году опыт, который наглядно показывал вращение Земли.

Для своего опыта Фуко воспользовался свойством маятника сохранять плоскость своего качания даже в том случае, если место его подвеса вращается вокруг вертикальной оси.

Инерция в космосе.

Мир полон движения. Движутся звезды, планеты, галактики. Наукой доказано движение невидимых глазом частиц – молекул, атомов. Движение есть основное свойство материи. Механическое движение характеризуется скоростью. Движущееся тело не может само по себе изменить свою скорость. Если на него не действуют никакие другие тела, то тело не может ни ускорить, ни замедлить, ни изменить направление своего движения, оно будет двигаться с какой-то определенной по модулю и направлению скоростью. Свойство тел сохранять модуль и направление своей скорости называется инерцией

Как же используется явление инерции в космосе?

Представим на минуту, что произошло бы в мире, если бы мгновенно исчезло свойство тел, которое мы называем инерцией. Луна упала бы на Землю. Планеты упали бы на Солнце, движение тела могло бы осуществляться только под действием силы и прекращалось бы с исчезновением последней. Таким образом, инерция – выражение единства материи и движения. Земля является лишь одним из миллиардов небесных тел в бесконечной Вселенной. Нашим ближайшим соседом в космосе и одновременно единственным естественным спутником является Луна ( d= 3475 км, от Земли Луна удалена в среднем примерно на 385 000 км). Двигаясь по инерции, Луна должна удаляться от Земли. Почему же этого не происходит?

И почему Луна не падает на землю?

В 1687г. Исаак Ньютон впервые нашел обоснованное объяснение тому, почему планеты вращаются вокруг Солнца, а Луна – вокруг Земли. Согласно хорошо известной всем легенде, Ньютон однажды сидел в саду и увидел падающее с дерева яблоко. Он спросил себя, почему яблоко упало на землю, а Луна на неё не падает? Учёный увлёкся этой простой лишь на первый взгляд проблемой, тесно связанной с галилеевым законом свободного падения, и пришел к понятию силы тяготения. Упавшее на Землю яблоко навело его на мысль, что одна и та же сила притягивает яблоко к земле и удерживает Луну на её орбите вокруг Земли (а планеты – вокруг Солнца). Мы называем эту силу гравитацией, силой тяжести или силой земного притяжения. Если эта красивая история про яблоко – правда, то именно это яблоко было самым важным в истории науки.

Ньютон утверждал, что между Землей

и всеми материальными телами

существует сила тяготения, которая

обратно пропорциональна квадрату

расстояния между ними. Ньютон рассчитал

ускорение, сообщаемое Луне Землёй.

Ускорение свободно падающих тел у

поверхности Земли равно g= 9,8 м/с 2 . Луна

удалена от Земли на расстояние, равное

примерно 60 земным радиусам.

Следовательно, ускорение на этом

расстоянии будет:

9,8 м/с 2 : 60 2 = 0,0027 м/с 2

Луна, падая с таким ускорением, должна бы приблизиться к Земле за первую секунду на 0,0013 м. Но Луна, кроме того, движется и по инерции. Двигаясь по инерции, Луна должна удалиться от Земли за одну секунду на 1,3 мм. Разумеется, такого движения, при котором за первую секунду Луна двигалась бы по радиусу к центру Земли, а за вторую секунду – по касательной, в действительности не существует. Оба движения непрерывно складываются. В результате Луна движется по кривой линии, близкой к окружности.

Проведём опыт, из которого видно, как

сила притяжения, действующая на тело

под прямым углом к направлению

его движения, превращает прямолинейное

движение в криволинейное. Шарик,

скатившись с наклонного желоба, по

инерции продолжает двигаться

по прямой линии. Если же сбоку положить

магнит, то под действием силы притя-

жения к магниту траектория

шарика искривляется.

Луна обращается вокруг Земли,

удерживаемая силой притяжения.

Стальной канат, который мог бы удержать Луну на орбите, должен бы иметь диаметр около 600 км. Но, несмотря на такую огромную силу притяжения, Луна не падает на Землю, потому что, имея начальную скорость, движется по инерции.

Прекратись действие силы притяжения Луны к Земле – и Луна по прямой линии умчится в бездну космического пространства. Прекратись движение по инерции – и Луна упадёт на Землю. Падение продолжалось бы четверо суток девятнадцать часов пятьдесят четыре минуты пятьдесят семь секунд, так рассчитал Ньютон.

С какой силой Земля притягивает Луну можно определить по формуле, выражающей закон тяготения:

Где G – гравитационная постоянная (  6,7*10 -11 Н * м 2 * кг), m 1 и m 2 – массы Земли и Луны, r – расстояние между ними. Земля притягивает Луну с силой около 2*10 20 Н

Третий закон Ньютона гласит: “Всякому действию всегда есть равное и прямо противоположное противодействие”.

Следовательно, с какой силой Земля притягивает к себе Луну, с такой же силой Луна притягивает Землю. Конечно, притяжение Земли более мощное, и Земля удерживает своим притяжением Луну на её орбите. Луна же своим притяжением (правда, ей в этом помогает Солнце) периодически поднимает в земных океанах воду – происходят приливы и отливы.

Как Луна вращает Землю?

Что Луна вращает Землю

может показаться

невероятным, так как

масса Луны в 81 раз меньше

массы Земли и она сама

вращается вокруг Земли.

Земля совершает много

разных вращений: она

вращается вокруг Солнца,

вращается вокруг своей

оси, ось Земли совершает

прецессионное вращение.

Но есть у Земли еще одно вращение, вызванное Луной. Не было бы Луны, не было бы и этого вращения. Луна, хотя и вращается вокруг Земли, но вращается не вокруг земного центра, а вокруг точки, которая отстоит от центра Земли на расстояние приблизительно 4700 км – общий центр масс системы Земля-Луна.

Сделаем небольшой прибор. Возьмем длинный пустой стержень от шариковой ручки и укрепим на его концах два шарика. Один шарик диаметром 3 см, второй – 1 см. У большого шарика масса в несколько раз больше, чем у маленького. Положим стержень с шариками на острие ножа и будем двигать нож, пока “коромысло” с шариками не уравновесится. Отметим чернилами на стержне эту точку. Это будет центр тяжести нашей системы, состоящей из двух шариков. Массой стержня можно пренебречь, она совсем незначительна. К точке, где расположен центр тяжести нашей системы, а она будет находиться ближе к большому шарику, привяжем две нитки длиной 70 см. Другой конец ниток привяжем к какой-нибудь перекладине.

Нужно, чтобы прибор висел свободно, ничего не задевая. Передвигая нитки вдоль стержня, добьёмся полного равновесия коромысла с шариками. Вращая коромысло вокруг ниток, закрутим их как можно больше. Коромысло должно висеть горизонтально, не качаясь. Отпустим коромысло, оно начнёт вращаться вокруг раскручивающихся ниток. Нитки, являющиеся осью нашего прибора, висят строго вертикально, никакие силы не заставляют их сойти с вертикального положения. Когда прибор перестанет раскручиваться, он будет висеть неподвижно в горизонтальном положении .

Заключение

С незапамятных времен человек, глядя на ночное небо, мечтал побывать в космосе. Мы живем в эпоху освоения космического пространства. Путешествия в космос теперь уже не мечта, а действительность. Осуществляется мечта К. Э. Циолковского: “Человечество не останется вечно на Земле, но в погоне за светом и пространством сначала робко проникнет за пределы атмосферы, а затем завоюет себе все околосолнечное пространство”. Успешно осваивают космос искусственные спутники Земли, пилотируемые космические корабли, орбитальные станции. Человек произвел разведку планет Солнечной системы – Венеры, Марса, Юпитера, достиг поверхности Луны. “Маленький шаг человека, но огромный шаг человечества”, - сказал Нил Армстронг, сделав первый шаг по Луне. Все это стало возможным благодаря законам физики. Законы физики – это законы мира, в котором мы живем. Чтобы жить в согласии с окружающим нас миром, надо знать его законы и использовать их на благо мира.

Литература:

“ Беседы по физике” М. И. Блудов,

изд. “Просвещение” 1984 г. “Космос у тебя дома” Ф. Рабиза,

изд. “Детская литература” 1984 г. Серия “100 человек, которые изменили ход истории”

Космическая физика – наука, изучающая космические излучения за пределами атмосферы планеты. Данное направление является для НИИЯФ МГУ основным. Исследования проводятся на искусственных спутниках Земли, Международной космической станции и автоматических межпланетных станциях.

Исследования в этой области важны не только с точки зрения фундаментальной науки для понимания возникновения и строения Вселенной, а также протекающих в ней процессов, но и для развития прикладных радиационных моделей, необходимых как для увеличения сроков активного существования космических аппаратов и снижения радиационной опасности пилотируемых полетов, так и для предотвращения нежелательных наземных проявлений космофизических явлений.

3 ноября 1957-го года сотрудники НИИЯФ МГУ стали первыми в мире, кто отправил в космос научный прибор. Он был установлен на второй искусственный спутник Земли, на котором также полетело первое живое существо – собака Лайка. С тех пор научные приборы, разработанные и изготовленные в НИИЯФ МГУ, были установлены на более чем 240 искусственных спутниках Земли и автоматических межпланетных станциях, направлявшихся к Луне, Венере и Марсу. За это время с помощью научных приборов учеными института удалось получить ряд результатов мирового уровня, среди которых - открытие радиационных поясов (внешней зоны радиации), Южно-Атлантической (Бразильской) аномалии в распределении захваченных частиц на малых высотах; исследования структуры, химического состава и динамики радиационных поясов и кольцевого тока.

В настоящее время НИИЯФ МГУ проводит экспериментальные исследования радиации и космических лучей практически во всей области околоземного пространства: на геостационарной орбите (спутники серии «Экспресс»), на высокоэллиптической орбите (спутники серии «Молния»), на низких орбитах (спутники серии «Метеор», Международная космическая станция). В июле 2014 года состоялся успешный запуск на околоземную орбиту малого космического аппарата для фундаментальных космических исследований с установленной на борту собственной научной аппаратурой «РЭЛЕК», предназначенной для исследования релятивистских электронов радиационных поясов и их возможной связи с высотными электрическими разрядами. В конце 2014 года планируется запуск собственной научной аппаратуры «НУКЛОН» для исследования галактических космических лучей в диапазоне энергий 10 11 -10 15 эВ, а в 2015 году - университетского спутника «Ломоносов» для глобального продолжения исследований экстремальных процессов в ближнем и дальнем космосе, начатого на спутниках «Университетский-Татьяна» (2005) и «Университетский-Татьяна-2» (2009). Для получения и обработки информации о радиационной обстановке в космическом пространстве, а также прогнозирования ее изменений, в НИИЯФ МГУ создан Центр космического мониторинга, куда поступает информация со всех российских спутников и целого ряда зарубежных космических аппаратов (ACE, SDO, SOHO, GOES).

Исследуются радиационные эффекты в бортовой электронике космического корабля, разрабатываются методы прогнозирования радиационно-индуцированных отказов бортовой электроники.

Один из первых в мире научных приборов, отправленных в космос (запуск состоялся 3 ноября 1957 г.). Разработан и изготовлен в НИИЯФ МГУ

Первый университетский спутник «Университетский-Татьяна» для исследования транзиентных световых явлений в верхней атмосфере Земли (2005 г.). Разработан и изготовлен в НИИЯФ МГУ

Второй университетский спутник «Университетский-Татьяна-2» для исследования транзиентных световых явлений в верхней атмосфере Земли (2009 г.). Разработан и изготовлен в НИИЯФ МГУ

Научная аппаратура «РЭЛЕК» (Релятивистские ЭЛЕКтроны) для изучения высотных электрических разрядов, атмосферных транзиентных явлений, «высыпаний» релятивистских электронов из радиационных поясов Земли (2014 г.). Участники: Россия (прежде всего НИИЯФ МГУ), Украина, Польша, Венгрия, Корея. Установлена на спутнике «Вернов»

Научная аппаратура «НУКЛОН» для исследования галактических космических лучей. Разработана и изготовлена в НИИЯФ МГУ. Установлена на спутнике «Ресурс-П» №2

Университетский спутник «Ломоносов» для исследования космический лучей предельно высоких энергий и быстропротекающих процессов в оптическом, рентгеновском и гамма-диапазонах длин волн, происходящих в верхних слоях атмосферы Земли и во Вселенной. Участники: Россия (прежде всего НИИЯФ МГУ), США, Корея, Дания, Испания, Мексика, Тайвань

Центр космического мониторинга, куда поступает информация с российских спутников и целого ряда зарубежных космических аппаратов. Создан в НИИЯФ МГУ для получения и обработки информации о радиационной обстановке в космическом пространстве, а также прогнозирования ее изменений

Сервера Центра космического мониторинга НИИЯФ МГУ