РЕФЕРАТ ПО ФИЗИКЕ

Люди должны понять, что кроме холодного блеска
мертвого камня алмаза, так необходимых человечеству
нефти и газа, которые добываются на Крайнем Севере,
существует и незримая связь между природой и
человеком. И эта связь нещадно рвется бульдозерами,
взрывами в карьерах. Я считаю, что в современном
мире нет более актуальных тем, чем тех, которые
связаны с природой. Почему-то во время гонки за
обогащением личным или государственным, люди
забыли: человек и природа - это единое целое. И
именно человек часть природного мира, и ни как не
наоборот.
Полярное сияние – это природное
явление, которое можно объяснить,
опираясь на законы физики.
1. Рассмотреть и изучить полярное сияние и объяснить
взаимосвязь этого природного явления с законами
физики
2. Подбор научно-популярной литературы.
Выявить причины образования полярных сияний.
Рассмотреть виды полярных сияний.
Изучить полярное сияние, опираясь на последние
научные открытия.
3. Эмпирический (поисковый)
Описание
Первым учёным, которого заинтересовала природа полярного
сияния, был великий русский учёный М. В. Ломоносов. В 1753 году
он делает доклад — «Слово о явлениях воздушных, от
электрической силы происходящих», в котором выдвинул теорию
северных сияний. Великий русский учёный в основном дал
совершенно правильное объяснение природы полярного сияния.
Теперь хорошо известно, что это явление действительно
представляет собою свечение разреженного воздуха в высоких
слоях атмосферы, возбуждаемого электрически заряженными
частичками.
Полярные сияния возникают на высоте от 90 до 1000 км над
Землей, чаще всего на высоте около 100 км. Расчеты,
выполненные на основе множества фотонаблюдений, на Аляске, в
Канаде и, особенно, в Норвегии, показывают, что около 94%
полярных сияний приурочено к высотам от 90 до 130 км над
земной поверхностью. Максимальная до сих пор
зарегистрированная высота появления полярного сияния – около
1130 км, минимальная – 60 км.
Выявлена тесная связь с
активностью деятельности
Солнца и появлением
полярного сияния. Когда на
Солнце происходят взрывы, в
ионосферу Земли
устремляются заряженные
частицы. Сталкиваясь с
частицами разреженных
газов, находящихся в
ионосфере, они заставляют их
светиться: чем активнее
Солнце, тем Северное сияние
охватывает большее
пространство небесного
свода. Особенно сильным это
явление бывает в период
максимума 11-летнего цикла
солнечной активности.
Полярное сияние —
свечение
(люминесценция)
верхних слоёв
атмосферы, вследствие
её взаимодействия с
заряженными частицами
солнечного ветра.
На высотах 200-400 км
наблюдают зелёное и
жёлтое свечение
кислорода. На высоте
около 110 км совместное свечение
кислорода и азота красный и фиолетовый.
В верхних слоях
атмосферы могут
образовываться атомы
водорода из протонов,
прилетевших с Солнца.
Захватив электрон,
такой протон
превращается в
возбужденный атом
водорода и излучает
красный свет.
Норвежский ученый Биркеланн поместил внутрь катодной
трубки железный шар, названный им «терреллой», который
является моделью Земли и представляет собой электромагнит.
Сверху шар покрытый оболочкой, фосфоресцирующей под
действием катодных лучей. Когда Биркеланн подвергал шар
действию катодных лучей, испускаемых непосредственно в
камере, они падали на поверхность шара вокруг магнитных
полюсов, образуя пояса свечения, подобные поясам полярных
сияний.
Наш земной шар представляет собою огромный магнит,
имеющий магнитные полюсы - северный и южный. Они находятся
вблизи географических - северного и южного - полюсов Земли. Это
магнитное поле Земли влияет на поток электрически заряженных
частиц, идущий от Солнца. Под действием этого поля поток
электронов отклоняется к магнитным полюсам Земли - северному
и южному. Вот почему полярные сияния и возникают близ полюсов
Если смотреть на нашу планету из космоса, находясь где-то над
Северным полюсом, полярные сияния будут образовывать
светящийся венчик над планетой, овал, окружающий полюс. Этот
овал и есть та область, где полярные сияния наблюдаются
наиболее часто. Ее называют овальной зоной полярных сияний
или, иначе, авроральной зоной. Их диаметр составляет около 3000
километров во время нормальной активности Солнца. Фактически
полярные сияния происходят в этой зоне все время. Существует
такая же зона в Южном полушарии - вблизи Южного полюса.
Формы полярных сияний делятся на три группы: Полярные
сияния отличаются исключительным многообразием форм и
структур, что свидетельствует о многообразии и сложности
физических процессов, происходящих в атмосфере Земли и
околоземном пространстве. Согласно принятой классификации
формы полярных сияний делятся на три группы:
лентообразные, диффузные и лучи.
К лентообразным
относятся дуги и полосы. Они
характеризуются непрерывной
нижней границей.
Дуги имеют вид арки,
протянутой с запада на восток
с правильным, обычно резко
очерченным нижним краем.
Если нижний край сияний
неправильный и содержит
изгиб или складку, форма
сиянии называется полосой.
Полоса обычно более
подвижна, чем дуга.
Наиболее распространенные
арки или дуги обычно
формируются на высоте от 65
до 105 км.
Диффузные формы
сияния имеют вид пятен с
нечеткими границами,
напоминающих облака и вид
вуали . Вуаль - протяженное
однородное свечение,
которое часто покрывает
большую часть неба. Пятна
возникают на последней
стадии развития свечения.
Лучи , узкие пучки
света, расположенные в
пространстве вдоль
силовых линий
магнитного поля Земли.
Подразделяются в
зависимости от их
длины: короткие,
средние, длинные.
Могут наблюдаться
пучки лучей,
расположенных тесно
друг около друга либо
разбросанных. Часто
лучи наблюдаются
одновременно с другими
формами.
Пламенное сияние рассматривалось раньше как
самостоятельная форма. Теперь признано, что эта форма является
редким видом пульсации, одновременно происходящей на
большой площади. Это явление, как известно, протекает в виде
волн света, вздымающихся вверх одна за другой. Такое сияние
возникает при определенных условиях синхронизации пульсации и
движения.
Наиболее эффектная
форма - "корона" также
является
несамостоятельной
формой, так как она
возникает лишь в
случае появления
лучей в магнитном
зените.
Ученым удалось создать полярное сияние искусственно в
лаборатории с масштабами нашей планеты. Этот эксперимент
"Аракс" начат в 1985 году совместно российскими и французскими
исследователями. С острова Кергелен стартовала геофизическая
ракета с небольшим ускорителем частиц, который на
определенной высоте создал поток электронов. Эти электроны
проникли в северное полушарие и вызвали искусственное
полярное сияние над Согрой.
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.
Уже давно изучением полярного сияния занимаются на
орбитальных станциях, где отсутствуют визуальные помехи: облака,
горы. Со станций можно охватить более широкий диапазон
наблюдений. Оттуда и занимаются в настоящее время изучением
этого явления – его спектра, протяженности, изменения во времени
и пространстве и его внутренней структуры.
Многие ученые давно подозревали, что полярное сияние
симметрично относительно экватора.
22 октября 2001 года зонд НАСА Polar, запущенный в 1996 году
для изучения полярных сияний, радиационных поясов и магнитного
поля Земли, зафиксировал одновременно полярные сияния в обоих
полушариях - то есть Аврора Бореалис (Северное сияние) и Аврора
Аустралис (Южное но и просто-напросто является зеркальным
взаимоотражением! сияние). Оказалось, что это явление в Северном
и Южном полушариях не только взаимосвязано,
, но и является зеркальным взаимоотражением!
Для изучения полярного сияния в 2007 году NASA вывела на орбиту
спутниковую группировку "Фемида" (THEMIS). А в феврале 2008 года с её
помощью удалось подробно зафиксировать соответствующие колебания
магнитного поля.
Слева: внезапный выброс солнечной энергии и соответствующее
искривление линий магнитного поля вызывают полярное сияние.
Справа: визуализация суббури (иллюстрации NASA).
Всё начинается с разрушения (пересоединения) силовых линий
магнитного поля Земли из-за резкого увеличения давления солнечного
ветра. В принципе, о явлении пересоединения было известно уже давно,
однако, его впервые удалось напрямую увязать с полярными сияниями
Северное сияние наблюдается и на других
планетах Солнечной системы (в основном это планетыгиганты) и с помощью внеатмосферных телескопов
(космический телескоп «Хаббл») получены достаточно
чёткие изображения полярных сияний этих планет.
На Юпитере, крупнейшей планете Солнечной системы, группа
астрономов из Университета Льежа обнаружила полярные пятна,
напоминающие земное северное сияние. На Юпитере зараженные
частицы летят от его спутника Ио. Юпитер обладает более
сильной гравитацией, чем Ио. Во время вращения Юпитера, его
магнитное поле постоянно утягивает около 1 тонны вещества
спутника Ио, которое впоследствии летит к материнской планете,
превращаясь в процессе полета в плазму и обретая
электрический заряд. Частицы огибают планету по полюсам и
образуют на полюсах светящиеся круги. Спектры полярных сияний
для Юпитера — линии излучения водорода в ультрафиолете.
Инфракрасные камеры
космического корабля
сделали снимки северного
полюса Сатурна и обнаружили
на нем северные сияния.
Поднимающиеся более чем
на тысячу миль над верхней
границей облаков, полярные
сияния Сатурна во многом
подобны земным. Энергичные
заряженные частицы
солнечного ветра
направляются магнитным
полем планеты в полярные
области, где они
взаимодействуют с
атмосферными газами.
Из-за необычной
конфигурации магнитосферы
полярное сияние на Уране
может возникать только
при определенном положении
планеты относительно
Солнца.
В сентябре 2011 года
с помощью спутников
на орбите Земли ученые
обнаружили корональный
выброс, летящий к Урану.
Проделав вычисления и
распланировав время
телескоп «Хаббл» сумел
зафиксировать две короткие
голубоватые вспышки
на дневной стороне
планеты — полярные сияния,
которые не наблюдались
почти 30 лет
Время от времени над
Нептуном возникает
полярное сияние. Из-за
сильного наклона
магнитной оси сияния на
Нептуне располагаются
вовсе не над его
полюсами, а на удалении
от них на 40-50°, поэтому
их уже нельзя назвать
полярными. Если бы так
было на Земле, то сияния
наблюдались бы не в
Сибири, Гренландии и
Антарктиде, а в Южной
Европе, Средней Азии,
Японии и Новой
Зеландии.
Мне кажется, что сейчас пришло время, когда все
знания, накопленные поколениями, необходимо
направить на создание гармоничного мира, в котором
человек и природа станут единым целым. Мира,
наполненного красотой природы. И она обязательно
для каждого из нас покажет поистине великолепный
спектакль полярного сияния. И взамен природа не
потребует ни денег, ни почестей. Все что ей нужно –
это бережное отношение к ней.