11812

Определение параметров солнечного ветра и его влияния на магнитосферу Земли

Лабораторная работа

География, геология и геодезия

Лабораторная работа № 2 по курсу КСЕ Определение параметров солнечного ветра и его влияния на магнитосферу Земли Цель работы: ознакомиться со структурой межпланетного магнитного поля и геомагнитосферы; определить радиальную скорость распространения выб

Русский

2013-04-11

973.5 KB

15 чел.

Лабораторная работа № 2 по курсу КСЕ

Определение параметров солнечного ветра и его влияния на магнитосферу Земли

    Цель работы: ознакомиться со структурой межпланетного магнитного поля и геомагнитосферы;  определить  радиальную скорость распро-странения выброса вещества Солнца, время распространения солнечного ветра до Земли и время возможного наступления магнитной бури.

    Приборы и принадлежности: http://priroda.inc.ru/pogoda/  -  электронный ресурс сети Интернет.  

Краткая теория

Солнечно-земные связи – междисциплинарный раздел астрофизики и геофизики, рассматривающий воздействия Солнца на процессы и явления, происходящие на Земле, начиная с его роли в формировании общего теплового режима планеты и ее атмосферы и вплоть до влияния на них самых разнообразных проявлений солнечной активности (СА).

        Средняя скорость вращения Земли вокруг Солнца u = 30 км/с. Среднее расстояние Солнца от Земли (1 астрономическая единица – 1 а.е.) примерно 149.6 млн. км.

Солнечный ветер

Внешние слои горячей солнечной короны находятся в состоянии постоянного расширения – корона как бы «испаряется» в межпланетное пространство (рис.1).

Рис. 1. Распространения выброса вещества Солнца.

По мере удаления от Солнца скорость этого расширения увеличивается и, в среднем, достигает значения около 400 км/с на расстоянии нескольких десятков солнечных радиусов. Это расширение получило название солнечного ветра (СВ). Солнечный ветер «дует» постоянно во все стороны, заполняя все межпланетное пространство движущейся от Солнца плазмой, им «обдуваются» все планеты солнечной системы. В результате в межзвездной среде образуется гигантское плазменное образование, постоянно пополняемое солнечным веществом и простирающееся на десятки астрономических единиц (т.е. на миллиарды километров). Плазма солнечного ветра, в основном, состоит из ионизованных атомов водорода (протонов) и гелия (альфа частиц), а также «оторванных» от них электронов. В этой движущейся намагниченной сплошной среде могут распространяться различного типа волны, звуковые, магнитогазодинамические, ударные. Межпланетное магнитное поле (ММП), «вытягиваемое» солнечным ветром из Солнца, – важная составляющая межпланетной среды. Облако солнечной плазмы, покидающее Солнце, движется по спирали (закрученной солнечным вращением) и примерно за 4 суток преодолевает расстояние от Солнца до Земли. Солнце за это время успевает повернуться на угол 60°. В итоге, если смотреть со стороны северного полюса Солнца на плоскость земной орбиты, структура межпланетного магнитного поля образует спиральный узор, закрученный по часовой стрелке – спираль Архимеда (рис.2).

Рис. 2. Спиральная структура межпланетного магнитного поля (ММП).

Вблизи Земли  скорость СВ составляет обычно 400-500 км/с. Поток заряженных частиц выбрасывается из Солнца через корональные дыры - области в атмосфере Солнца с открытым в межпланетное пространство магнитным полем (рис.3).

Рис. 3. Рентгеновский снимок Солнца. Во внутренней короне видна темная корональная дыра.

Солнце вращается с периодом 27 суток. Траектории движения частиц солнечного ветра, движущихся вдоль линий индукции магнитного поля, имеют спиральную структуру, обусловленную вращением Солнца. В результате вращения Солнца геометрической формой потока солнечного ветра будет архимедова спираль. В дни солнечных бурь солнечный ветер резко усиливается. Он вызывает полярные сияния и магнитные бури на Земле, а космонавтам не следует в это время выходить в открытый космос. Под воздействием солнечного ветра хвосты комет всегда направлены в сторону от Солнца. Солнце - мощный источник радиоизлучения. В межпланетное пространство проникают сантиметровые радиоволны, которые излучает хромосфера, и более длинные волны, излучаемые короной.

Магнитосфера Земли

Магнитосфера Земли редко находится в спокойном, стабильном состоянии. Более часто она возмущена, т.е. ее границы, поля, плазма и потоки энергичных частиц движутся, меняются, перестраиваются. Возмущения делятся на три группы. Полярные возмущения затрагивают лишь внешнюю магнитосферу, границы, касп и хвост магнитосферы (рис.4), а в проекции на ионосферу - область полярных шапок, северной и южной.

Магнитосферные суббури происходят в пограничной области между внешней и внутренней магнитосферой, в зоне квазизахвата и плазменном слое хвоста. В проекции на Землю - это авроральная зона или зона полярных сияний. Наконец, магнитные бури затрагивают всю магнитосферу, большие изменения происходят как во внутренней, так и во внешней магнитосфере.

Рис.4. Взаимодействие солнечного ветра с магнитосферой Земли: 1 – переходный слой (магнитощит); 2 – магнитопауза; 3 – фронт ударной волны; 4 – солнечный ветер; 5 – хвост магнитосферы; 6 – радиационные пояса.

Отличаются эти три типа возмущений и по длительности - полярные возмущения скоротечны, длительность отдельного события - 5-20 минут, изолированная суббуря продолжается около часа, суббуревое возущение с множественным началом - несколько часов. Магнитная буря продолжается несколько дней и включает в себя и суббури и полярные возмущения. 

Таким образом, солнечный ветер – это фактор, который необходимо учитывать при изучении процессов, происходящих в окрестности Земли, поскольку эти процессы в той или иной степени оказывают влияние на нашу жизнь. В частности, высокоскоростные потоки солнечного ветра, обтекая магнитосферу Земли, влияют на ее строение, а нестационарные процессы на Солнце (например, вспышки) могут приводить к магнитным бурям, нарушающим радиосвязь и влияющим на самочувствие метеочувствительных людей. Поскольку солнечный ветер зарождается в солнечной короне, то его свойства в районе орбиты Земли являются хорошим индикатором для изучения важных для практической деятельности человека солнечно-земных связей.

  1.  Методика эксперимента

Форма силовой линии межпланетного магнитного поля, распространяющегося по спирали Архимеда представлена на рис.5, где u - радиальная компонента скорости солнечного ветра вблизи Земли. На расстоянии орбиты Земли угол  j  между направлением силовой линии ММП и R порядка 45°.

Рис. 5. Форма силовой линии межпланетного магнитного поля.

Зная скорость (u)  регистрируемого в околоземном космическом пространстве солнечного ветра, можно определить его радиальную скорость распространения (V):                                                                                (1)

В зависимости от радиальной скорости распространения выброса вещества Солнца время распространения солнечного ветра от Солнца до Земли оценивается по формуле:

                      ,                                                              (2)

где – расстояние от Солнца до Земли и Т = Тбури - Твспышки.

  1.  Порядок выполнения работы

  1.  По известной скорости регистрируемого в околоземном космическом пространстве солнечного ветра (значение взять из таблицы 1 по указанию преподавателя) оценить:
  •  радиальную составляющую солнечного ветра (по формуле 1);
  •  время распространения солнечного ветра от Солнца до Земли (по формуле 2).
  1.  Найти предположительное время наступления геомагнитной бури, используя формулу 2 и сведения о солнечных вспышках (см. электронный ресурс http://priroda.inc.ru/pogoda/sun_veter.html).
  2.  Сравнить полученные результаты с данными мониторинга вспышек на Солнце, параметров регистрируемого в околоземном космическом пространстве солнечного ветра и геомагнитных бурь (см. электронный ресурс http://priroda.inc.ru/pogoda/sun_veter.html).
  3.  Сделать выводы.

 

  1.  Контрольные вопросы

  1.  От чего зависит цикл активности Солнца?
  2.  Что наблюдается на Солнце в период максимальной активности?
  3.  На что влияет солнечная активность (по Чижевскому А.Л.)?
  4.  Из чего состоит солнечный ветер?
  5.  Что такое магнитная буря?
  6.  Как влияют магнитные бури на человека?
  7.  Как вести себя во время магнитной бури?

ЛИТЕРАТУРА

  1.  Пудовкин М.И. Основы физики Солнца. СПб, 2001
  2.  Eris Chaisson, Steve McMillan Astronomy today. Prentice-Hall, Inc. Upper Saddle River, 2002
  3.  Владимирский Б.М., Темурьянц Н.А., Мартынюк В.С. Космическая погода и наша жизнь. Век 2, 2004
  4.  Амиантов А.С., Зайцев А.Н., Одинцов В.И., Петров В.Г. Вариации магнитного поля Земли. База цифровых данных магнитных обсерваторий России за 1984–2000 годы на СD-ROM. ИЗМИРАН, Москва, 2001
  5.  Солнечно-земная физика. Выпуск 4. – Сборник научных трудов. Издательство Сибирского отделения РАН, 2004
  6.  Электронный ресурс http://priroda.inc.ru/pogoda/sun_veter.html

Таблица 1

№ варианта

Скорость солнечного ветра ( в  км/с)

1

410

2

420

3

430

4

440

5

450

6

460

7

470

8

480

9

490

10

500


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

51739. ЛЮБОВ ДО МУЗИКИ — У СПАДОК 28 KB
  Чимало випало на долю цього міста минуле якого пов’язане не тільки із значними історичними подіями але і з життям та діяльністю видатних діячів вітчизняної культури. Та не вичерпуються музичні традиції старовинного українського міста.
51740. Рівень соціальної зрілості випускника 9-го класу 29 KB
  Хочу почати з поняття акселерації яка проявляється в прискореному психічному і фізичному розвитку дітей. Існує думка щодо третьої причини стимулюючого впливу на ріст і розвиток дітей. Це діти із сімей де створені умови для розвитку дітей де батьки опікуються майбутнім своїх дітей. Більшість дітей володіють сучасними комп’ютерними технологіями 24 учні з 30ти мають комп’ютер .
51743. 8 Марта - День торжественный - сценарий для детей 6-7 лет 95 KB
  Ведущий. Ведущий. Солнце солнце не сердись лучше рядышком садись Мамин праздник раз в году нарисую и пойду Вот луна ракета речка лес и сад Подарить я маме все на свете рад Что еще на праздник маме подарить Надо постараться и послушным быть Ведущий.
51745. 8 Марта - инсценировка сказки, посвященная женскому дню 39.5 KB
  Красная шапочка уходит за занавес появляются два Волка: большой ималенький нюхают следы.БольшойВолк. Маленький Волк бежитпо охотничьему следу Большой Волк хватает его за хвост:БольшойВолк. Да куда же тыМаленькийВолк.
51746. 8 марта - праздник Мам! - сценарий для детей 3-4 лет 33 KB
  Мы зайки Петушок. Под музыку петушок идет по кругу.Уходит Петушок Давайте снова позовем его Петушок Петушок вновь подходит к детям звучит музыка.
51747. 8 марта в 1-м классе 28 KB
  Накануне праздникамальчики оформляют класс рисуют цветными мелками на доске цветы и пишут именавсех девочек класса. В нашей стране этотдень давно уже превратился в веселый шуточный весенний праздник когдапредставительниц слабого пола поздравляют мальчики папы дедушки. Сюрприз подготовили для всех нас наши мальчики.Все мальчики поют частушки.