Солнечный спектр

Областная научно-практическая конференция

«Человек и космос»

Солнечный спектр

исследовательская работа

                                             Автор:                                 Моисеева Дарья,

ученицы 10 класса

МБОУ «Шелеховский лицей»

Руководитель:       Теплицкая Раиса Бенционовна,
ведущий научный сотрудник

ИСЗФ СО РАН              

Шелехов

2012г.

Содержание:

1.       Введение……………………………………………………………………………….3 стр.

2.       Основная часть.………………………………………………………………………4-7 стр.

2.1 Общие сведенья о Солнце………………………………………………………4-5 стр.

2.2.Солнечный спектр…………………………………………………………………6 стр.

2.3.Теоритические проблемы………………………………………………………….7 стр.

3.       Заключение……………………………………………………………….…………….8 стр.

4.       Список литературы……………………………………………………………….……9 стр.

5.       Приложение…………………………………………………………………………...10 стр.

Введение:

Меня заинтересовала эта работа тем, что, как мы знаем, одним из основных факторов, обеспечивающих существование всего живого на Земле, является солнечный свет, т.е. Солнце. Чтобы узнать, как это происходит, я для начала узнала о строении Солнца, о его химическом составе, а потом только перешла к своей теме – к «Солнечному спектру». Главная задача - это показать, насколько важен солнечный спектр.

Цели моей работы:

       Рассмотреть строение и состав Солнца.

       Влияние Солнца на окружающую среду.

       Необходимость в изучении солнечного спектра.

       Какие проблемы существуют на Солнце, которые пока ещё не может решить наука.

Я использую в своей работе следующие термины:

       Эквивалентная ширина линий – это есть площадь, ограниченная контуром спектральных линий.

       Расщепление линий – это расстояние между компонентами в присутствии магнитного поля.

       Активность Солнца – есть взаимодействие солнечной плазмы с магнитными полями.

       Солнечные пятна – наибольшие концентрации магнитного поля.

       Факелы – это более слабые концентрации магнитного поля.

       Активные области – обширные участки Солнца, содержащие пятна и факелы.

       Солнечные вспышки – быстрые пересоединения магнитных полей в активных областях.

       Корональные выбросы массы – выброс вещества из солнечной короны.

       Акустические волны – волны сжатия в солнечной плазме.

2. Основная часть

2.1. Общие сведенья о Солнце

       Солнце – это единственная звезда Солнечной системы, вокруг которой обращаются другие объекты этой системы.

       Масса составляет 99,866 % от суммарной массы всей Солнечной системы.

       Солнце состоит из:

       водорода (~73 % от массы и ~92 % от объёма);

       гелия (~25 % от массы и ~7 % от объёма);

       других элементов с меньшей концентрацией.

       Излучение Солнца поддерживает жизнь на Земле.

       По спектральной классификации Солнце относится к типу G2V («жёлтый карлик»).

       Температура солнечной поверхности достигает ≈ 6000 K, поэтому оно светит почти белым светом, но из-за более сильного рассеяния и поглощения коротковолновой части спектра атмосферой Земли прямой свет Солнца у поверхности нашей планеты приобретает жёлтый оттенок.

       Формирование Солнца происходило в газово-пылевой туманности, вызванной взрывами одной или нескольких сверхновых звёзд.

       Ультрафиолетовое излучение Солнца имеет антисептические свойства, позволяющие использовать его для дезинфекции воды и различных предметов. Оно также вызывает загар и имеет другие биологические эффекты. Угол, под которым Солнце стоит над горизонтом в полдень, влияет на многие типы биологической адаптации.

       Солнце - магнитно-активная звезда. Она обладает сильным магнитным полем, напряжённость которого меняется со временем; кроме того поле меняет направление приблизительно каждые 11 лет во время солнечного максимума. Это явление называется солнечной активностью. Солнечные пятна, вспышки и многое другое возникают из-за солнечной активности. На Земле происходят полярные сияния в высоких и средних широтах, геомагнитные бури, негативно сказывающиеся на работе средств связи, на передаче электроэнергии; они вызывают у людей головную боль и плохое самочувствие.

      Возраст: Солнце сформировалось примерно 4,6 миллиардов лет назад.

       Структура:

       Солнечное ядро - самая горячая часть Солнца, температура в ядре составляет 15 000 000 К.

       Зона лучистого переноса - средняя зона Солнца. На нижней границей зоны происходят ядерные реакции, на верхней — начинается сильное перемешивание вещества.

       Конвективная зона – температура около 2 000 000 К; вещество этого слоя, находясь в конвективном движении, переносит энергию из глубин Солнца к его поверхности путём конвекции.

       Фотосфера - Температура около 6000 К. Она поглощает, а затем переизлучает энергию, поступающую из недр звезды.

       Хромосфера - Температура хромосферы увеличивается с высотой от 4000 К до 20 000 К. Её можно увидеть на короткое время в начале и в конце полного солнечного затмения, как зубчатую красную кромку вокруг лунного диска, а в остальные периоды ее можно изучать методами спектроскопии, либо при помощи специальных фильтров.

       Корона - это самая внешняя и протяженная часть солнечной атмосферы. Температура превышает 1 000 000 К. Она видна с Земли во время полных затмений, как лучистый ореол, окружающий закрытый Лунной солнечный диск. Её форма меняется с солнечным циклом.

       Солнечный ветер - поток ионизированных частиц, истекающий из солнечной короны со скоростью 300—1200 км/с в окружающее космическое пространство.

       Солнце и Земля: Продолжительность солнечного дня оказывает значительное влияние на жизнедеятельность организмов на Земле. Изменение магнитных полей на Солнце, влияет на здоровье людей, на погоду, на работу техники, на природные явления.

2.2.  Солнечный спектр

Солнечный спектр  (лат. spectrum от лат. specter — видение):

       Спектром называется распределение энергии электромагнитного излучения Солнца в диапазоне длин волн от нескольких долей нм (гамма-излучение) до метровых радиоволн.

       В научный обиход термин «спектр» ввёл Ньютон в 1671—1672 годах для обозначения многоцветной полосы, похожей на радугу, которая получается при прохождении солнечного луча через треугольную стеклянную призму.

       Солнечный спектр состоит из непрерывного фона (концентинуума), на который налагаются многочисленные линии поглощения, образующиеся при атомных переходах различных химических элементов. Например, на рис.1 показана схема первых четырех уровней атома водорода и приведены четыре известные спектральные линии, образующиеся при переходах между этими уровнями. Линии называются лайман альфа (Lyα), лайман бета (Lyβ), Нα, Нβ.

       Что нам дает изучение спектра Солнца?

       Определение химического состава по эквивалентным ширинам спектральных линий или по их контурам.

       Изучение магнитного поля, с помощью эффекта Зеемана. Этот эффект заключается в том, что в магнитном поле каждая спектральная линия расщепляются на 2 (рис.2) или 3 компонента (рис.3). А по числу компонентов, можно узнать направление магнитного поля.

       Определение скорости потоков плазмы по эффекту Допплера. Наличие скорости + наличие магнитного поля определяют «солнечную погоду».

       Моделирование атмосферы Солнца: определение температуры (Т),       давления (Р), плотности (р) солнечного вещества (рис.4).

2.3. Теоретические проблемы

Изучение солнечного спектра связано со следующими проблемами:

       По контурам спектральных линий определять количественный химический состав.

Сейчас научились очень точно определять химический состав Солнца; с помощью используемых для Солнца методов определяют, также химический состав других звезд в нашей Галактике и в других галактиках. Можно даже найти, как изменяется химический состав в течение жизни звезды.

       Проблема нагрева внешней атмосферы Солнца.

Это самая главная проблема, так как если бы всё тепло Солнца зависело от излучения, рождающегося в ядерном реакторе, то температура солнечного шара постепенно уменьшилась бы до нуля за его поверхностью. Но ведь этого не происходит! Значит, существуют кроме этого, дополнительный источник энергии. Он расположен, в невидимой для нас зоне, под фотосферой, которая называется конвективной зоной. Здесь перенос энергии осуществляется излучением + подымающимися газовыми потоками ( Солнце «кипит» ). На поверхности это выглядит как грануляция, которая в свою очередь порождает акустические волны. А они распространяются вверх и постепенно укручаются, из-за уменьшения плотности. В конце концов, они превращаются в ударные волны, которые способны создавать нагрев атмосферы. Волновые движение плазмы в атмосфере Солнца изучается непосредственно по эффекту Допплера. Пока ещё не доказано, что выделяемая на ударных фронтах энергия достаточна для нагрева хромосферы и короны.

       Поведение магнитных полей на Солнце.

Очень важно знать, как изменяются общее магнитное поле Солнца и поля активных областей в течение цикла активности.

3. Заключение:

Изучив множество материала, мы видим значение исследований солнечного спектра. Все главные проблемы решаются теоретически и проверяются наблюдениями с помощью специальных приборов. Но прежде, чем применить тот или иной прибор, надо разложить излучение Солнца в спектр. Для этого каждый солнечный телескоп снабжен спектрографом. Солнечные спектрографы – это очень мощные приборы, обладающие большой дисперсией и разрешающей способностью (т.е. возможностью чётко различать отдельные спектральные линии). Только после этого к спектрографу можно присоединить специальные приборы, такие как магнитографы, тахометры (определители скорости), с помощью которых изучаются конкретные проблемы – изменения магнитных полей, движения плазмы и т.п. Только химический состав определяется непосредственно с помощью спектрографов, без использования других специальных приборов.

Таким образом, солнечный спектр является основой для решения главных проблем Солнца. До конца ещё многие проблемы не изучены. Они будут актуальны всегда. Солнечный спектр позволяет нам следить за Солнцем, за его жизненным циклом и за всеми его изменениями. 

4. Список  литературы:

       http://www.yandex.ru

       Э. Гибсон  «Спокойное Солнце»

       Документальные фильмы

       http://ru.wikipedia.org

       Р. Брей, Р. Лоухед «Солнечные пятна»

       А. Бруцек, М. Дюван «Солнечная и солнечно-земная физика. Иллюстрированный словарь терминов»

       Д. Грей «Наблюдения и анализ звездных фотосфер»

5.Приложение:

8