Современная теория о происхождении             полярных сияний

Виды полярных сияний

 

Тематика: Астрономия

 

В представленном исследовательском проекте по физике (астрономии) " Виды полярных сияний" рассматриваются виды полярных сияний, причины и предпосылки их появления, а также выясняются достоверные народные приметы, связанные с ними.

В процессе исследовательской работы по физике "Виды полярных сияний" ученицей 10 класса была поставлена цель изучить информацию о полярных сияниях, опираясь на последние научные открытия и обобщить полученные результаты.

 

В исследовательской работе (проекте) по астрономии "Виды полярных сияний" автор говорит об актуальности исследуемого вопроса: если человечество будет стремиться к изучению природных явлений, то во время этого долгого интересного пути, мы сможем увидеть прекрасный хрупкий мир самой природы.

 

В предложенном проекте "Виды полярных сияний" автор приводит несколько видов полярных сияний, рассматривает формы полярных сияний, их активность, а также устанавливает причины их возникновения и собирает приметы, связанные с полярными сияниями.

Оглавление

Введение
1. Что такое полярное сияние?
2. Формы полярных сияний.
3. Искусственные полярные сияния.
4. Активность полярных сияний.
5. Полярное сияние и приметы: что они предвещают?
Заключение
Приложения
Литература.

 

Введение

На заполярных просторах, занимающих около ¼ территории РФ, можно встретить необыкновенно красивое явление разноцветного свечения тропосферы – полярное сияние. Это удивительно красивое природное явление, которое и неожиданно появляется в ночном небе, и так же неожиданно исчезает.

 

Наблюдая это великолепное явление, поднимается настроение, кажется, что наступил праздник зимней ночи. И обязательно возникают вопросы. Почему полярное сияние? Почему меняются цвета, формы?

Актуальность: если человечество будет стремиться к изучению природных явлений, то во время этого долгого интересного пути, мы сможем увидеть прекрасный хрупкий мир самой природы. Люди должны понять, что кроме холодного блеска мертвого камня алмаза, так необходимых человечеству нефти и газа, существует и незримая связь между природой и человеком.

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.

Цель работы: изучить информацию о полярных сияниях.

Задачи:

1. Рассмотреть виды полярных сияний.

2. Изучить полярное сияние, опираясь на последние научные открытия.

3. Обобщить полученные результаты.

Объект исследования: полярное сияние

1. Что такое полярное сияние?

Полярное сияние - поразительное явление свечения, наблюдаемое на небе, чаще всего в полярных областях. В Северном полушарии его называют также северным сиянием, а в высоких широтах Южного полушария – южным. Предполагается, что этот феномен существует также и в атмосферах других планет, например Венеры.

Природа и происхождение полярных сияний – предмет интенсивных исследований, и в этой связи были разработаны многочисленные теории. Упоминания о полярных сияниях можно найти в трудах Аристотеля, Плиния, Сенеки и других древних философов.

 

Долгое время полярные сияния рассматривали как предвестники катастроф — эпидемий, голода и войн. Например, это явление связали с падением Иерусалима и смертью Юлия Цезаря. Во всяком случае, в этом видели проявление гнева богов или других сверхъестественных сил.

Люди, проживающие в местах, где полярное сияние не редкость, старались объяснить его появление естественным путём. Например, высказывались предположения о том, что это отражение солнечного света от морской поверхности или излучение солнечных лучей, накопленных за день в толще льда.

На русском Севере полярные сияния называли «пазорями» или сполохами. Первое из этих слов указывает на сходство рассматриваемого явления с зорями, а второе происходит от слова «полошить», то есть тревожить, беспокоить, поднимать тревогу. Действительно, во время полярных сияний небо может стать красным, как на пожаре. Известны случаи, когда полярное сияние красного цвета принимали за зарево пожара и пожарные команды выезжали к огромному зареву в северной части горизонта.

Научное объяснение этому явлению первым дал Михаил Ломоносов. Проведя бесчисленное количество опытов, он высказал предположение об электрической природе этого явления.

Идея о связи полярных сияний с солнечной деятельностью была выдвинута Ойгеном Гольдштайном в 1881 г. и получила подтверждение в результате лабораторных экспериментов, впервые проведенных Кристианом Биркеланном.

Формы полярных сияний

 

Виды полярных сияний

2. Формы полярных сияний

Полярные сияния имеют весьма разнообразные формы, включая проблески, пятна, однородные дуги и полосы, пульсирующие дуги и поверхности, всполохи, лучи, лучистые дуги, драпри и короны. Свечение, как правило, начинается в виде сплошной дуги, которая является одной из самых обычных форм и не имеет лучистой структуры.

Яркость может быть довольно постоянной во времени или же пульсировать с периодом менее минуты. Если яркость сияния увеличивается, однородная форма часто распадается на лучи, лучистые дуги, драпри или короны, в которых лучи как бы сходятся к вершине. Всполохи в форме быстро движущиеся вверх волн света часто венчаются короной.

 

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. Ленты обычно простираются с востока на запад на тысячи километров, напоминая гигантский занавес.

Высота этого занавеса достигает нескольких сот километров, а толщина всего лишь несколько сот метров. Поэтому такой занавес прозрачен, и сквозь него можно различать звёзды. Нижний край занавеса обычно резко очерчен и чаще подкрашен в красный или розовый цвет, а верхний, размытый постепенно исчезает с высотой.

Иногда возникают интенсивные сияния, которые охватывают большую часть полярного района и характеризуются беловато-зеленоватым свечением. Они называются шквалами и характерны для периодов повышенной солнечной активности.

Лентообразное сияние

Диффузное сияние

Лучи

3. 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. К сожалению, облака не позволили визуально наблюдать это сияние с поверхности Земли. Однако радарные установки чётко зарегистрировали его возникновение.

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.

Активность полярных сияний

Виды полярных сияний

 

4. Активность полярных сияний

Полярные сияния исследуются с помощью радиолокаторов. Радиоволны с частотами от 10 до 100 МГц при определенных условиях отражаются областями ионизации, которые возникают в высоких слоях атмосферы под воздействием полярных сияний. При использовании высокочастотных радиосигналов и антенн дальнего действия можно получать отраженные волны на частотах до 800 МГц.

 

Радиолокационным методом ионизация обнаруживается даже днем при солнечном освещении, а также фиксируются очень быстрые перемещения полярных сияний. Результаты фото- и радиолокационных наблюдений свидетельствуют, что активность полярных сияний подвержена как суточным, так и сезонным изменениям.

Максимальная активность в течение суток отмечается около 23 ч, сезонный же пик активности приходится на дни равноденствия и близкие к ним временные интервалы (март – апрель и сентябрь – октябрь).

Эти пики активности полярных сияний повторяются через относительно правильные промежутки, а продолжительность основных циклов составляет примерно 27 дней и около 11 лет. Все эти цифры показывают, что существует корреляция между полярными сияниями и изменениями магнитного поля Земли, поскольку пики их активности совпадают.

Т.е. полярные сияния обычно возникают в периоды высокой активности магнитного поля, которые называются «возмущениями» и «магнитными бурями». Именно во время сильных магнитных бурь полярные сияния прослеживаются в более низких, чем обычно, широтах.

Пульсирующие полярные сияния обычно сопровождаются пульсациями магнитного поля и очень редко – слабыми свистящими звуками. Они, по-видимому, также генерируют радиоволны с частотой 3000 МГц. Наблюдения, проводимые при помощи геофизических ракет, указывают, что при интенсивных полярных сияниях температура верхних слоев атмосферы возрастает.

 

Интенсивность свечения полярных сияний обычно оценивается визуально и выражается в баллах по принятой международной шкале. Слабые полярные сияния, по интенсивности свечения приблизительно соответствующие Млечному Пути, оцениваются в I балл. Полярные сияния с интенсивностью, аналогичной лунной освещенности тонких перистых облаков – в II балла, а кучевых облаков – в III балла, свету полной Луны – в IV балла.

Так, например, интенсивность в III балла, исходящая от дуги полярного сияния, соответствует свету нескольких микро свечей на 1 кв. см. Объективным методом определения интенсивности свечения полярного сияния является измерение суммарной освещенности с помощью фотоэлементов. Установлено, что соотношение интенсивности самых ярких к самым слабым полярным сияниям составляет 1000:1.

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 сказываются на качестве радиосвязи. В большинстве случаев она ухудшается.

Перейти к содержанию

Исследовательской работы "Виды полярных сияний"

Виды полярных сияний

 

Тематика: Астрономия

 

В представленном исследовательском проекте по физике (астрономии) " Виды полярных сияний" рассматриваются виды полярных сияний, причины и предпосылки их появления, а также выясняются достоверные народные приметы, связанные с ними.

В процессе исследовательской работы по физике "Виды полярных сияний" ученицей 10 класса была поставлена цель изучить информацию о полярных сияниях, опираясь на последние научные открытия и обобщить полученные результаты.

 

В исследовательской работе (проекте) по астрономии "Виды полярных сияний" автор говорит об актуальности исследуемого вопроса: если человечество будет стремиться к изучению природных явлений, то во время этого долгого интересного пути, мы сможем увидеть прекрасный хрупкий мир самой природы.

 

В предложенном проекте "Виды полярных сияний" автор приводит несколько видов полярных сияний, рассматривает формы полярных сияний, их активность, а также устанавливает причины их возникновения и собирает приметы, связанные с полярными сияниями.

Оглавление

Введение
1. Что такое полярное сияние?
2. Формы полярных сияний.
3. Искусственные полярные сияния.
4. Активность полярных сияний.
5. Полярное сияние и приметы: что они предвещают?
Заключение
Приложения
Литература.

 

Введение

На заполярных просторах, занимающих около ¼ территории РФ, можно встретить необыкновенно красивое явление разноцветного свечения тропосферы – полярное сияние. Это удивительно красивое природное явление, которое и неожиданно появляется в ночном небе, и так же неожиданно исчезает.

 

Наблюдая это великолепное явление, поднимается настроение, кажется, что наступил праздник зимней ночи. И обязательно возникают вопросы. Почему полярное сияние? Почему меняются цвета, формы?

Актуальность: если человечество будет стремиться к изучению природных явлений, то во время этого долгого интересного пути, мы сможем увидеть прекрасный хрупкий мир самой природы. Люди должны понять, что кроме холодного блеска мертвого камня алмаза, так необходимых человечеству нефти и газа, существует и незримая связь между природой и человеком.

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.

Цель работы: изучить информацию о полярных сияниях.

Задачи:

1. Рассмотреть виды полярных сияний.

2. Изучить полярное сияние, опираясь на последние научные открытия.

3. Обобщить полученные результаты.

Объект исследования: полярное сияние

1. Что такое полярное сияние?

Полярное сияние - поразительное явление свечения, наблюдаемое на небе, чаще всего в полярных областях. В Северном полушарии его называют также северным сиянием, а в высоких широтах Южного полушария – южным. Предполагается, что этот феномен существует также и в атмосферах других планет, например Венеры.

Природа и происхождение полярных сияний – предмет интенсивных исследований, и в этой связи были разработаны многочисленные теории. Упоминания о полярных сияниях можно найти в трудах Аристотеля, Плиния, Сенеки и других древних философов.

 

Долгое время полярные сияния рассматривали как предвестники катастроф — эпидемий, голода и войн. Например, это явление связали с падением Иерусалима и смертью Юлия Цезаря. Во всяком случае, в этом видели проявление гнева богов или других сверхъестественных сил.

Люди, проживающие в местах, где полярное сияние не редкость, старались объяснить его появление естественным путём. Например, высказывались предположения о том, что это отражение солнечного света от морской поверхности или излучение солнечных лучей, накопленных за день в толще льда.

На русском Севере полярные сияния называли «пазорями» или сполохами. Первое из этих слов указывает на сходство рассматриваемого явления с зорями, а второе происходит от слова «полошить», то есть тревожить, беспокоить, поднимать тревогу. Действительно, во время полярных сияний небо может стать красным, как на пожаре. Известны случаи, когда полярное сияние красного цвета принимали за зарево пожара и пожарные команды выезжали к огромному зареву в северной части горизонта.

Научное объяснение этому явлению первым дал Михаил Ломоносов. Проведя бесчисленное количество опытов, он высказал предположение об электрической природе этого явления.

Идея о связи полярных сияний с солнечной деятельностью была выдвинута Ойгеном Гольдштайном в 1881 г. и получила подтверждение в результате лабораторных экспериментов, впервые проведенных Кристианом Биркеланном.

Современная теория о происхождении             полярных сияний

Земля — это гигантский магнит. Когда заряженные частицы, которые летят во все стороны от нашего Солнца, долетают до окрестностей Земли, они начинают взаимодействовать с ее магнитным полем. Магнитное поле не дает им прорваться к поверхности планеты и отклоняет к магнитным полюсам. Частицы разгоняются и врезаются в атмосферу на большой высоте, вызывая свечение газа.

Полярное сияние - это свечение, возникающее в ионосфере на высотах 100-700 км, чаще зеленое, реже с красно-розовыми и беловато-зеленоватыми оттенками. Иногда упоминается экзотика – «черные» сияния, но это скорее резкие провалы свечения на фоне обычного. Другие названия: Аврора, Северное сияние, Сплох.

Спектры полярных сияний зависят от состава атмосфер планет: так, например, для Земли наиболее яркими являются линии излучения возбуждённых кислорода и азота в видимом диапазоне. География областей, в которых возможно появление полярных сияний, определяется на самом деле не географическими координатами, а геомагнитными. Поскольку магнитные полюса Земли не совпадают с географическими, то и геомагнитные координаты отличаются от географических.

Сияния возникают только при определенных условиях, связанных с возмущениями геомагнитного поля (геомагнитные бури) и состоянием ионосферы Земли, которые, в свою очередь, в основном зависят от поведения Солнца — вспышек на солнце, но не только.