Солнечные лучи: воздействие. Вредные солнечные лучи. Что солнце излучаетвоздействие. Вредные солнечные лучи :: SYL.ruОсобенности воздействия прямых солнечных лучей на организм сегодня интересуют многих, в первую очередь тех, кто желает провести лето с пользой для себя, запастись солнечной энергией и приобрести красивый здоровый загар. Что же собой представляет солнечное излучение и какое влияние оно оказывает на нас? ОпределениеСолнечные лучи (фото ниже) — это поток радиации, которая представлена электромагнитными колебаниями волн, имеющих разную длину. Спектр излучения, испускаемого солнцем, разнообразен и широк как по длине и частоте волны, так и по воздействию на человеческий организм. Виды солнечных лучейРазличают несколько областей спектра:
В плане биологического влияния на живой организм самыми активными являются ультрафиолетовые солнечные лучи. Они способствуют образованию загара, оказывают гормонопротективное воздействие, стимулируют выработку серотонина и других важных компонентов, повышающих жизненный тонус и жизнеспособность. Ультрафиолетовое излучениеВ ультрафиолетовом спектре выделяют 3 класса лучей, которые по-разному воздействуют на организм:
Положительное и отрицательное влияниеВ зависимости от длительности, интенсивности, периодичности воздействия УФ-излучения в человеческом организме развиваются положительные и отрицательные эффекты. К первым можно отнести образование витамина Д, выработку меланина и формирование красивого, ровного загара, синтез регулирующих биоритмы медиаторов, выработку важного регулятора эндокринной системы – серотонина. Вот поэтому мы после лета чувствуем прилив сил, рост жизненного тонуса, хорошее настроение. Отрицательные эффекты ультрафиолетового воздействия заключаются в ожогах кожи, повреждении коллагеновых волокон, появлении дефектов косметологического характера в виде гиперпигментации, провоцировании раковых заболеваний. Синтез витамина ДПри воздействии на эпидермис энергия солнечного излучения преобразуется в тепло или расходуется на фотохимические реакции, в результате которых в организме осуществляются различные биохимические процессы. Поступление витамина Д происходит двумя путями:
Эндогенный путь – это довольно сложный процесс реакций, протекающих без участия ферментов, но при обязательном участии УФ-облучения В-лучами. При достаточной и регулярной инсоляции количество витамина Д3, синтезируемого в коже во время фотохимических реакций, в полной мере обеспечивает все потребности организма. Загар и витамин ДАктивность фотохимических процессов в коже напрямую зависит от спектра и интенсивности воздействия ультрафиолетового облучения и находится в обратной зависимости от загара (степени пигментации). Доказано, что чем более выражен загар, тем больше времени нужно для накопления провитамина Д3 в коже (вместо пятнадцати минут три часа). С точки зрения физиологии это объяснимо, поскольку загар - это защитный механизм нашей кожи, и образовавшийся в ней слой меланина выполняет функцию определенного барьера на пути как УФ-лучей В, служащих медиатором фотохимических процессов, так и лучей класса А, которые обеспечивают термическую стадию превращения в коже провитамина Д3 в витамин Д3. А вот поступающий с пищей витамин Д только компенсирует дефицит в случае недостаточной выработки в процессе фотохимического синтеза. Образование витамина Д при нахождении на солнцеСегодня уже установлено наукой, что для обеспечения суточной потребности в эндогенном витамине Д3 достаточно пребывать под открытыми солнечными УФ-лучами класса В в течение десяти-двадцати минут. Другое дело, что такие лучи в солнечном спектре присутствуют не всегда. Их наличие зависит как от сезона года, так и от географической широты, поскольку Земля при вращении меняет толщину и угол атмосферного слоя, через который солнечные лучи проходят. Поэтому излучение солнца не постоянно способно образовывать в коже витамин Д3, а только тогда, когда в спектре присутствуют УФ-лучи В. Солнечное излучение в РоссииВ нашей стране с учетом географического расположения богатые УФ-лучами класса В периоды солнечного излучения распределяются неравномерно. Например, в Сочи, Махачкале, Владикавказе они длятся около семи месяцев (с марта по октябрь), а в Архангельске, Санкт-Петербурге, Сыктывкаре продолжаются около трех (с мая по июль) или даже меньше. Прибавьте к этому число пасмурных дней в году, задымленность атмосферы в крупных городах, и становится ясно, что большая часть жителей России испытывает нехватку гормонотропного солнечного воздействия. Вероятно, поэтому интуитивно мы стремимся к солнцу и рвемся на южные пляжи, при этом забывая, что солнечные лучи на юге абсолютно другие, непривычные нашему организму, и, кроме ожогов, могут спровоцировать сильнейшие гормональные и иммунные всплески, способные увеличить риск онкологических и иных недугов. Вместе с тем южное солнце способно исцелять, просто во всем должен соблюдаться разумный подход. www.syl.ru 1 Солнечное излучение1.1 Солнце – как источник излученияЭнергия Солнца является источником жизни на нашей планете. Солнце нагревает атмосферу и поверхность Земли. Благодаря солнечной энергии дуют ветры, осуществляется круговорот воды в природе, нагреваются моря и океаны, развиваются растения, животные имеют корм (см. рис.1.1). Именно благодаря солнечному излучению на Земле существуют ископаемые виды топлива.
Рисунок 1.1 – Влияние солнечного излучения на Землю Солнечная энергия может быть преобразована в теплоту или холод, движущую силу и электричество. Основным источником энергии практически всех природных процессов, происходящих на поверхности Земли и в атмосфере, является энергия, поступающая на Землю от Солнца в виде солнечной радиации. На рисунке 1.2 представлена классификационная схема, которая отражает процессы, возникающие на поверхности Земли и в ее атмосфере под действием солнечного излучения. Результатами прямой солнечной деятельности являются тепловой эффект и фотоэффект, вследствие чего Земля получает тепловую энергию и свет. Результатами косвенной деятельности Солнца являются соответствующие эффекты в атмосфере, гидросфере и геосфере, служащие причиной появления ветра, волн, обуславливающие течение рек, создающие условия для сохранения внутреннего тепла Земли.
Рисунок 1.2 - Классификация возобновляемых источников энергии Солнце представляет собой газовый шар радиусом 695300 км, в 109 раз больше радиуса Земли, с температурой излучающей поверхности около 6000°С. Внутри Солнца температура достигает 40 млн °С. На рисунке 1.3 приведена схема строения Солнца. Солнце - гигантский "термоядерный реактор", работающий на водороде и ежесекундно путем плавления перерабатывающий 564 млн. тонн водорода в 560 млн. тонн гелия. Потеря четырех миллионов тонн массы равна 9:1-109 ГВтч энергии (1 ГВт равен 1 млн. кВт). За одну секунду энергии производится больше, чем шесть миллиардов АЭС смогли бы произвести за год. Благодаря защитной оболочке атмосферы только часть этой энергии достигает поверхности Земли. Расстояние между центрами Земли и Солнца равно в среднем 1,496*108 км. Ежегодно Солнце посылает к Земле около 1,61018 кВтч лучистой энергии или 1,3*1024 кал тепла. Это в 20 тыс. раз больше современного мирового энергопотребления. Вклад Солнца в энергетический баланс земного шара в 5000 раз превышает суммарный вклад всех других источников. Такого количества тепла хватило бы, чтобы растопить слой льда толщиной 35 м, покрывающий земную поверхность при 0°С. В сравнении с солнечной радиацией все остальные источники энергии, поступающей на Землю, ничтожно малы. Так, энергия звезд составляет одну стомиллионную часть солнечной энергии; космическое излучение - две миллиардные доли. Внутреннее тепло, поступающее из глубины Земли на ее поверхность составляет одну десятитысячную часть солнечной энергии.
Рисунок 1.3 – Схема строения Солнца Таким образом. Солнце является фактически единственным источником тепловой энергии на Земле. В центре Солнца находится солнечное ядро (см. рис. 1.4). Фотосфера — это видимая поверхность Солнца, которая и является основным источником излучения. Солнце окружает солнечная корона, которая имеет очень высокую температуру, однако она крайне разрежена, поэтому видима невооружённым глазом только в периоды полного солнечного затмения. Видимая поверхность Солнца, излучающая радиацию называется фотосферой (сфера света). Она состоит из раскаленных паров различных химических элементов, находящихся в ионизированном состоянии. Над фотосферой находится светящаяся практически прозрачная атмосфера Солнца, состоящая из разряженных газов, которая называется хромосферой. Над хромосферой располагается внешняя оболочка Солнца, называемая короной. Газы, образующие Солнце, находятся в состоянии непрерывного бурного (интенсивного) движения, что обусловливает появление так называемых солнечных пятен, факелов и протуберанцев. Солнечные пятна представляют собой большие воронки, образовавшиеся в результате вихревых движений масс газа, скорость которых достигает 1-2 км/с. Температура пятен на 1500°С ниже температуры Солнца и составляет около 4500°С. Количество солнечных пятен изменяется из года в год с периодом около 11 лет.
Рисунок 1.4 - Строение Солнца Солнечные факелы это выбросы солнечной энергии, а протуберанцы - колоссальной силы взрывы в хромосфере Солнца, достигающие высоты до 2 млн. км. Наблюдения показали, что с увеличением количества солнечных пятен увеличивается количество факелов и протуберанцев и соответственно увеличивается солнечная активность. С увеличением солнечной активности на Земле происходят магнитные бури, которые оказывают отрицательное воздействие на телефонную, телеграфную и радиосвязь, а также на условия жизнедеятельности. С этим же явлением связано увеличение полярных сияний. Следует отметить, что в период увеличения солнечных пятен, интенсивность солнечной радиации сначала увеличивается, что связано с общим увеличением солнечной активности в начальный период, а затем солнечное излучение уменьшается, так как увеличивается площадь солнечных пятен, имеющих температуру на 1500° ниже температуры фотосферы. Часть метеорологии, изучающая влияние солнечной радиации на Земле и в атмосфере, называется актинометрией. При актинометрических работах необходимо знать положение Солнца на небесном своде. Это положение определяется высотой или азимутом Солнца. Высотой Солнца he называется угловое расстояние от Солнца до горизонта, то есть угол между направлением на Солнце и плоскостью горизонта. Угловое расстояние Солнца от зенита, то есть от его вертикального направления называется азимутом или зенитным расстоянием. Между высотой и зенитным расстоянием существует соотношение (1.1) Азимут Солнца определяется редко, только для специальных paбот. Высота Солнца над горизонтом определяется по формуле: (1.2) где - широта места наблюдений; - склонение Солнца - это дуга круга склонений от экватора до Солнца, которая отсчитывается в зависимости от положения Солнца в обе стороны от экватора от 0 до ±90°; t - часовой угол Солнца или истинное солнечное время в градусах. Величина склонения Солнца на каждый день приводится в астрономических справочниках за многолетний период. По формуле (1.2) можно вычислить для любого времени t высоту Солнца he или по заданной высоте hc определить время, когда Солнце бывает на данной высоте. Максимальная высота Солнца в полдень для различных дней года вычисляется по формуле: (1.3) studfiles.net Что мы знаем о Солнце: 28.12.2015Самая детально изученная звезда – это наше Солнце. Оно весьма полезно для нас: без него не было бы жизни на Земле. Но что мы узнали про Солнце за всю историю его наблюдений? Из предыдущей лекции мы знаем, что Солнце очень большое: по диаметру в 10 раз крупнее самой большой планеты нашей системы – Юпитера, и почти в 110 раз крупнее Земли. А по массе Солнце с Юпитером различаются почти в 10³ = 1000 раз, поскольку их плотность примерно одинаковая, около 1,5 г/см³ – это чуть больше, чем у морской воды, т. е. привычная для нас величина. Но надо понимать, что это среднее значение по всему объёму: на поверхности Солнца плотность газа намного меньше, а к центру она нарастает так, что становится в 20 раз больше, чем у железа. Как смотреть на СолнцеМы ощущаем Солнце благодаря его излучению. А какова его полная мощность? Если поместить Солнышко в точку фокуса гигантского космического рефлектора и тем самым сконцентрировать всю его световую мощь на Землю, то через 4 минуты все наши океаны не просто закипели бы, они бы полностью выкипели в космическое пространство. Представьте: всего 4 минуты – и нет больше воды на Земле, вот что такое солнечное излучение. А через 10 суток испарился бы весь земной шар. К счастью, на нас попадает не всё солнечное излучение, а его микроскопическая доля, поэтому Земля и жизнь на ней не сильно от него страдают. Но учтите: прямой солнечный свет очень опасен для зрения. Конечно, можно на мгновение глянуть – и сразу же отвести взгляд. Но лучше этого не делать. Даже если вы собираетесь наблюдать за солнечным затмением, то смотреть на него длительно без тёмных очков нельзя. И очки нужны не пляжные, а специальные, с очень плотной светозащитной плёнкой, которая примерно в тысячу раз ослабляет световой поток; в таком случае ваша сетчатка от наблюдения не пострадает. А если вы решили наблюдать Солнце в телескоп, то запомните, что дело это крайне опасное. Телескоп собирает свет огромным объективом и весь его направляет в ваш глаз. Астрономы шутят, что на Солнце в телескоп можно посмотреть лишь дважды в жизни: один раз – правым глазом, а второй раз – левым. На мгновение глянул в окуляр – и всё, капут. Чтобы этого избежать, сделали специальный окуляр с зеркальцем, которое отбрасывает 99,99% света вбок, отводя его в ту часть обсерватории, где людей не должно быть. А в глаз попадает совсем чуть-чуть света, и тогда можно безопасно смотреть на солнечную поверхность. Но если вам когда-нибудь придётся подсесть к окуляру большого телескопа, учтите, что это не совсем безопасно: обратите внимание, что параллельно его оси имеется маленький телескопчик – своеобразный оптический прицел, называемый гидом или искателем, у которого свой окуляр. В школьные годы в такой телескоп я наблюдал Солнце в проекции на белом экране (это очень удобный и безопасный способ) и однажды забыл закрыть объектив искателя. Внезапно, почувствовав запах горелого, я догадался и моментально отпрыгнул от телескопа. А потом долго ходил в пальто с прожжённой на спине дырой. Так что даже небольшой телескоп, сфокусировав на вашей спине лучи Солнца, может сильно вам навредить. Проще всего наблюдать Солнце вообще без телескопа. Берёте маленький листочек бумаги или картонки, протыкаете в нём дырочку иголкой – и получившаяся камера-обскура даёт вам геометрически точный портрет Солнца. Люди таким способом наблюдают затмение, не рискуя. Если у вас есть небольшая подзорная труба без специальных светофильтров, то можно, удобно расположив у окуляра экран, спроецировать на него изображение. По мере того, как Луна «наползает» на Солнце, с экрана вы фотографируете фазы затмения безопасно для глаз. Что видно на СолнцеГлядя на нашу родную звезду с Земли, мы видим хорошо оформленный круг фотосферы, можем измерить его диаметр. Присмотревшись, замечаем любопытный эффект потемнения к краю: в центре солнечный диск ярче, чем по краям. Это легко объяснимо: в середине наш взгляд протыкает солнечную атмосферу перпендикулярно и уходит вглубь, в горячие слои, вплоть до предела прозрачности, в то время как на видимом крае (его называют лимбом) луч зрения проходит только сквозь верхние слои атмосферы, а они более холодные и поэтому менее яркие. Поверхность Солнца не столь однородна, как кажется на первый взгляд: на светлом фоне мы замечаем какие-то пятнышки. Причём если день ото дня фотографируем или зарисовываем Солнце, то отметим перемещение этих пятен. Делаем вывод, что, во-первых, Солнце вращается, а во-вторых, на Солнце не все области имеют одинаковую температуру: если обычная температура – около 6000 K, то пятна явно холоднее – до 4000 K, как показывают измерения. Вроде бы разница невелика, но вспомните, что лучеиспускательная способность пропорциональна 4-й степени температуры. Кроме того, спектр смещается из области видимого света в инфракрасный диапазон, а инфракрасные лучи хуже проходят сквозь земную атмосферу и хуже фиксируются фотоприемниками, поэтому пятна выглядят такими чёрными. Размер солнечных пятен невероятен. Бывают пятна в несколько раз больше земного шара. Пятна окружены яркой поверхностью фотосферы, где постоянно всплывают горячие потоки газа. На их фоне явно выделяются более холодные пятна, причём с градацией яркости: астрономы говорят, что у солнечного пятна есть «тень» (амбра) и «полутень» (пенамбра). Пятно стабильно, потому что мощное магнитное поле препятствует горизонтальному перемешиванию в нём газа. Частицы горячего газа ионизованы, по существу это плазма, которая в магнитном поле движется своеобразно: вдоль силовых линий может, а поперёк – нет, поэтому циркуляция вещества в поперечных направлениях заторможена. Когда мы изучаем фотосферу Солнца с сильным увеличением, то и помимо пятен обнаруживаем много чего любопытного. Сейчас появилось новое поколение телескопов, в том числе и на спутниках, летающих за пределами атмосферы Земли, так что теперь мы можем наблюдать структуру поверхности очень детально. Оказывается, что даже спокойная, невозмущённая фотосфера не однородна, она вся состоит как бы из зёрнышек, гранул. Размер этих гранул – порядка угловой секунды, что соответствует примерно тысяче километров. Это гигантские потоки плазмы, которые с околозвуковой скоростью выныривают из недр Солнца, остывают и уходят вниз. А в пятнах происходит «водопад»: охлаждаясь, вещество вдоль силовых магнитных линий устремляется вниз, но снизу поток тепла подходит не такой интенсивный. Поэтому вещество охлаждается всё сильнее и сильнее и на контрасте с яркой поверхностью становится для телескопа тёмным, практически чёрным. Как работает СолнцеВнутреннее строение Солнца мы себе представляем так: есть центральная часть, или ядро, в котором температура выше 5 млн градусов, а в самом его центре – примерно 15 млн. Это источник энергии, там идут термоядерные реакции, а выделяющаяся при этом энергия переносится наружу. В звёздах эффективно работают два механизма переноса. Из внутренней, высокотемпературной части перенос энергии осуществляется в основном квантами излучения, фотонами. Вещество лежит слоями, практически не перемешиваясь, а кванты из ядра сквозь него диффундируют к более холодной поверхности. Квантов там много, плотность их отнюдь не маленькая, и продвигаются они очень медленно. Дело в том, что плазма настолько непрозрачна для света, что родившемуся в ядре электромагнитному кванту, который движется со скоростью света, чтобы выбраться на поверхность и улететь в открытое пространство, требуется порядка ста тысяч лет. На какой-то глубине плотность и температура квантов уменьшаются настолько, что они становятся не в состоянии обеспечить перенос всей энергии, которая выделяется в ядре. И тут в дело переноса энергии вступает уже конвекция, перемешивание вещества: горячие потоки газа всплывают, охлаждаются, становятся менее тёплыми и тонут. Как в кастрюльке, если воду подогреваем на плитке, она бурлит. В природе есть и третий механизм переноса энергии – теплопроводность: в твёрдом теле молекулы колеблются и друг друга толкают, происходит кинетическая передача тепла. Этот процесс внутри Солнца тоже имеет место, но роли практически не играет. Однако есть звёзды, в которых теплопроводность является основным способом переноса, это белые карлики.Современным телескопам на космических аппаратах не мешает атмосфера Земли, они намного детальнее показывают нам структуру поверхности Солнца, и иногда мы видим странные вещи: яркие точки на границах отдельных конвективных ячеек. Космические снимки получаются очень качественные, с высоким угловым разрешением. Раньше, всего лишь лет десять тому назад, в наземные телескопы мы не могли этого явления заметить. Теперь же мы понимаем, что бурление газа выносит не только горячие слои вещества, но вместе с ними и магнитное поле, «вмороженное» в потоки плазмы. В соседних ячейках с обеих сторон выходящие на поверхность потоки несут свои магнитные поля друг к другу. Встречаются два потока газа, на линии их соприкосновения магнитные силовые линии уплотняются, и плотность энергии магнитного поля, пропорциональная квадрату его напряжённости, нарастает. На изображениях, полученных при моделировании, и на прямых снимках Солнца видно, что на границе конвективных ячеек температура выше. Этот локальный разогрев происходит потому, что часть магнитной энергии переходит в тепловую энергию газа. На этом принципе основаны многие наземные приборы. Так, в некоторых термоядерных реакторах, которые сейчас конструируют, способом нагрева плазменного потока служит его «обжимание» магнитным полем, так называемый пинч-эффект. Хотя космические телескопы, например, американский спутник «Солнечная динамическая обсерватория» (Solar Dynamic Observatory), действительно показывают нам намного более детальные изображения, но не это главное. Важнее то, что с помощью заатмосферных обсерваторий мы регистрируем гораздо больший спектральный диапазон: можно получить отдельно рентгеновский, ультрафиолетовый, инфракрасный портреты Солнца. Рассматривая последовательную серию этих фотографий, мы прежде всего замечаем, что площадь, занятая на диске Солнца пятнами, их количество и плотность меняются. Иногда их нет совсем или мало, а иногда их много и они большого размера. Это регулярное явление, открытое ещё в XVII веке, называют солнечной активностью, по сути это и есть активность процессов во внешнем слое Солнца, а пятна – её индикатор. Активность Солнца проявляется не только зримо, но и в его радиоизлучении, и в корпускулярном излучении, и в рентгеновском, которые тоже меняются год от года. Рядом с пятном можно различить светлые прожилки, их обычно называют факелами. Физикам это явление тоже должно быть понятно: горячая плазма не смогла прорваться в область пятна, магнитное поле её туда не пустило, но ей надо куда-то деваться – и она прорывается рядом. Такими факелами окружено каждое пятно, но по краям Солнца они выглядят более контрастно. С начала XVII века, когда Галилей начал наблюдать Солнце, ведётся хронология солнечной активности. На графике, демонстрирующем изменение во времени числа пятен или их общей площади, довольно чётко соблюдается периодичность: примерно 11,5 лет отделяет каждый максимум солнечной активности от последующего, т.е. периоды активности можно прогнозировать. Это важно, потому что в эпоху высокой активности Солнце представляет опасность, особенно для космической техники: чаще возникают неполадки, плотнее становятся верхние слои земной атмосферы, и т.п. С середины XVII по начало XVIII века (в так называемый минимум Маундера) на Солнце вообще не отмечалось пятен, вспышек, мощных потоков газа, а на Земле это отозвалось малым ледниковым периодом. На старых голландских картинах изображали, что люди катались по каналам на коньках, в то время это было распространённой забавой. А попробуйте сейчас зимой поехать в Голландию: каналы не замерзают, а если иной раз и замерзнут на неделю, то никто на такой лёд не решится выйти. Когда мы фотографируем не в широком диапазоне излучения, а выделяем из всего спектра одну узкую спектральную линию, получаются довольно интересные портреты. Например, если наблюдать Солнце сквозь интерференционно-поляризационный фильтр, который пропускает свет только в окрестности линии Hα (соответствующей переходу электрона в атоме водорода со 3-го на 2-й энергетический уровень), то на фоне однородной поверхности солнечного диска видны яркие области, в которых водород интенсивно излучает, и тёмные – в которых он поглощает. Понятно, что яркие области более горячие. Но откуда берутся тёмные? Это взвиваются фонтаны газа, которые висят некоторое время над поверхностью Солнца, поддерживаемые магнитным полем. Их называют протуберанцами, это относительно холодные и плотные водородные облака, плавающие в разреженной и горячей солнечной атмосфере, и они частично поглощают свет, идущий с поверхности. И совсем фантастическим Солнце выглядит в отдельных линиях ультрафиолетового диапазона, но такие портреты получаются только со спутников: до поверхности Земли излучение длиной волны менее 300 нанометров не доходит. В белом свете Солнце кажется спокойным, но в линии излучения ионизованного железа та же самая поверхность выглядит совсем по-другому. На синтетическом портрете, сложенном из нескольких спектральных линий, многое можно увидеть одновременно: тут и активные области, и выбросы-протуберанцы, и потоки газа в солнечной короне, и отдельные яркие точки, которых раньше не замечали вообще. Такие снимки рассказывают нам о том, как функционирует эта звезда на поверхности. Особенно интересно получается, если делать снимки непрерывно и потом складывать из отдельных кадров «мувики». Так, один из старейших орбитальных телескопов, SOHO, уже 20 лет летает в космосе и несколько раз в час фотографирует Солнце через фильтр, пропускающий линии излучения водорода. Просматривая серии таких снимков, мы видим вспышки и протуберанцы в развитии, а также вращение звезды. Солнце вращается не особенно быстро: примерно за 27 суток оно делает один оборот вокруг своей оси. Но есть звёзды, которые оборачиваются за несколько часов. Причина медленного вращения Солнца в том, что в процессе формирования нашей Солнечной системы планеты «отобрали» у своей звезды момент импульса, так что полный момент Солнечной системы в основном принадлежит планетам и складывается из их орбитального движения, прежде всего – движения массивного Юпитера. Поэтому, если мы видим, что какая-то звезда быстро вращается, то планет у неё, скорее всего, нет. Детальный снимок окрестности солнечного пятна, сделанный в области одной спектральной линии ионизованного железа, хорошо показывает структуру магнитного поля. Подобно тому, как насыпанные на картонку железные опилки при поднесении снизу магнита выстраиваются вдоль силовых линий магнитного поля, так же точно ориентируются и потоки плазмы вокруг пятен, представляющих собой магнитные полюса. Таким образом, мы можем непосредственно изучать магнитные поля и поведение газа в этих магнитных полях. Поля там неслабые, порядка тысячи гауссов. В принципе, можно и на Земле такую напряжённость получить, но это нелегко. А тут у нас, можно сказать, бесплатная физическая лаборатория, в которой можно наблюдать и изучать магнитную газодинамику. Как правило, протуберанцы спокойные. Они приподнимаются магнитным полем, ещё немножко свет на них снизу давит, т.е. получается магнитная ловушка, в которой висит плазменное облако, остывает – и тогда мы его видим. Иногда газ всё-таки покидает поверхность Солнца, и его потоки устремляются из фотосферы в более высокие слои атмосферы – хромосферу и корону. Корону мы видим редко, потому что она хоть и очень горячая, более миллиона градусов, но очень разрежена и поэтому света даёт мало. Только во время солнечного затмения, когда солнечный диск закрыт Луной, мы замечаем, что у Солнца атмосфера очень протяжённая и динамично меняющаяся: потоки газа вырываются из неё довольно интенсивно. На хороших снимках солнечного затмения мы прослеживаем корону очень далеко. И она каждый раз разная, потому что меняется активность в разных областях Солнца. А теперь сопоставьте известные вам данные: поверхность Солнца нагрета всего до 5—6 тысяч градусов, но отходим дальше в холодный космос – и вдруг миллионы градусов. Странная картина, правда? Вроде бы тепло течёт от нагревателя к холодильнику, а поверхность Солнца – это и есть холодильник по сравнению с ядром. Что туда приносит энергию, что нагревает корону? До сих пор выдвигали разные гипотезы необычно высокой температуры газа в короне – и звуковые волны, и магнитные. Лишь недавно астрофизики поняли причину этого явления: микровспышки на поверхности Солнца, малюсенькие яркие точки в области контакта между всплывающими в виде гранул потоками газа. Но «микро» такая вспышка лишь в масштабе всего Солнца, а абсолютная величина энергии каждой такой вспышки – порядка сотни мегатонн тринитротолуола (ТНТ). Для сравнения: энергия взрыва самой мощной бомбы (водородной) за всю историю человечества – 50 мегатонн (это была наша бомба, отечественная). А тут – сотни мегатонн, но тем не менее мы их называем «нановспышками», потому что на Солнце они почти не заметны. Вспышка – это, по сути, взрыв магнитной бомбы: магнитные поля сжимают поток плазмы, от этого она за короткое время сильно разогревается. В этом месте на поверхности Солнца возникает возмущение, от которого расходятся тяжёлые (физики говорят — гравитационные) волны, подобные волнам на поверхности воды. Т.е. вспышка как бы стукнула по поверхности – и пошла волна, типичное цунами. В каждой такой вспышке энергии выделяется достаточно, чтобы большой кусок плазмы нагреть и выбросить с поверхности. Не обязательно насовсем; он может взлететь и потом упасть – ведь от Солнца оторваться нелегко. Бывает, что облако выбрасывается со второй космической скоростью, это называют «корональные выбросы массы», которые летят в разные стороны. Если комета сталкивается с таким выбросом, у неё хвост может оторвать. Правда, тут же новый, как у ящерицы, вырастет, потому что она постоянно испаряется. Налетают солнечные выбросы и на Землю. Когда такое плазменное облако на нашу атмосферу обрушивается, мы наблюдаем полярное сияние. Для нас эти события важны, поэтому за солнечными чудесами сегодня следит множество спутников. Полярное сияние также возникает и на Юпитере, и на Сатурне. Солнце, как и всё в этом мире, не вечное. О том, сколько ему (и Земле) осталось существовать, – на следующей лекции. Задать вопрос Владимиру Сурдину : 28.12.2015scfh.ru Энергия Солнца.
Момент количества движения приводит в затруднение, когда мы пытаемся объяснить далекое прошлое Солнечной системы, но в настоящее время нет никаких доказательств, что момент количества движения Солнечно! системы не сохраняется. Однако, когда открыли закон сохранения энергии, он опирался на еще более шаткий фундамент. Па Земле справедливость закона была, в самом деле, очевидной, но Солнце являлось постоянным i убедительным свидетельством против него. Рассмотрим Солнце. Самая очевидная характеристика этого тела — количество излучаемого света и тепла. Несмотря па то что Солнце находится на расстоянии 150 ООО ООО км от Земли, оно освещает и согревает всю ее постоянно в течение всей истории. Один квадратный сантиметр поверхности Земли каждую минуту получает от полуденного Солнца 1,97 кал энергии в виде света и тепла. Эта величина, т. е. 1,97 кал/(см2*мин )называется солнечной постоянной. Площадь поперечного сечения Земли в ПЛОСКОСТИ перпендикулярной идущей от Солнца радиации, равна приблизительно 1280 000 000 000 000 000, или 1.28* 1018 см2*( Очень большие числа и очень малые дроби, которые часто используют ученые, удобно записывать в виде степени. Так [1] 280 000 000 000 000 000 можно записать как 1,28*108, где 18 —показатель степени). Следовательно, полное излучение, попадающее каждую минуту на Землю, составляет приблизительно 2,51 • 1018 кал. Но даже это число никоим образом не выражает всю радиацию Солнца. Солнце излучает энергию во всех направлениях, и только очень малая часть ее попадает на крошечную Землю. Вообразите огромную полую сферу с радиусом 150 000 000 км и с Солнцем в центре. Солнце освещало бы и нагревало каждую часть сферы, как Землю, а поверхность огромной сферы в два миллиарда раз превосходила бы поперечное сечение Земли. Это означает, что Солнце излучает в два миллиарда раз больше энергии, чем получает Земля. Полная энергия, излучаемая Солнцем, равна 5,6-1027 кал/мин. Сколько же энергии излучило Солнце за всю историю своего существования, если каждую минуту оно излучает в среднем 5,6* 1027 кал! Тогда возникает критический вопрос: откуда берется вся эта энергия? Если закон сохранения энергии верен и для Солнца, невероятно огромные запасы энергии, извергаемые Солнцем в пространство, не могут возникать из ничего. Энергия только переходит из одной формы в другую, следовательно, солнечная радиация должна возникать за счет другой формы энергии. Но какой именно? На первый взгляд кажется, что такой формой является химическая энергия. Горящий уголь, например, как и Солнце, выделяет свет и тепло, когда углерод угля и кислород воздуха, соединяясь, образуют двуокись углерода. Тогда, может быть, Солнце — огромный горящий кусок угля, и излучаемая им энергия получается за счет химической энергии? Такое предположение легко опровергнуть. Химики решают совершенно точно, сколько энергии получается при сгорании данного количества угля. Предположим, что вся огромная масса Солнца (которая в 333 500 раз больше массы Земли) состоит из угля и кислорода и излучает каждую минуту 5,6*1027 кал. Солнце тогда было бы действительно горящим углем, освещающим и обогревающим Солнечную систему. Какое время горел бы этот уголь, прежде чем на Солнце осталась только двуокись углерода? Ответ звучит довольно легкомысленно — в течение полутора тысяч лет! Это очень маленький период времени. Он может охвати, лишь часть истории цивилизованного человечества (о целых эрах до нее и говорить нечего). Так как Солнце сияло с такой же силой во времена расцвета Римской империи, с какой оно светит и сейчас, без дальнейших исследований мы утверждаем, что оно не может быть горящим углем, иначе к настоящему времени оно погасло бы. Действительно, пока неизвестна химическая реакция, которая снабдила бы Солнце необходимой энергией даже на короткий период существования цивилизованного человечества.
Рассмотрим некоторые альтернативы химической энергии. Одной из них является кинетическая энергия. На Земле проявление такой энергии случается каждый раз, когда в верхние слои атмосферы влетает метеорит. Его кинетическая энергия в результате сопротивления воздуха превращается в тепло. Даже крошечный метеорит размером с булавочную головку раскаляется до такой степени, что сияет на расстоянии в несколько километров. Метеорит, весящий 1 г и движущийся с обычной для метеоритов скоростью (скажем, 30 км/сек), имеет кинетическую энергию более чем 5*1012 эрг, или около 120 ООО кал. Такой же метеорит, падающий на Солнце, разгонялся бы гораздо большей гравитационной силой Солнца до гораздо большей скорости, чем па Земле. Поэтому он передавал бы Солнцу значительно большую энергию. Подсчитано, что один грамм вещества, падающего на Солнце с большого расстояния, возместил бы 44 ООО ООО кал, потерянных Солнцем. Следовательно, если учесть всю энергию, излучаемую Солнцем, то дли полной ее компенсации на него ежеминутно должно падать 1,2*1020 г метеоритного вещества, т. е. более чем сто триллионов тонн вещества! Расчет хорошо выглядел на бумаге, по астрономы отнеслись к этой ситуации с глубочайшим подозрением Во-первых, нет никаких доказательств, что Солнечная система настолько богата метеоритным материалом, ЧТО бы каждую минуту снабжать Солнце сотней гриллИ0Н0| тонн вещества на протяжении многих исторических эр. Во-вторых, если бы метеоритное вещество накапливалось на Солнце с такой скоростью, его масса увеличилась' бы на один процент за 300 000 лет. Такое увеличение сильно повлияло бы па гравитационное притяжение Солнца, зависящее от его массы. Если бы даже масса Солнца возрастала столь медленно, Земля постепенно приближалась бы к нему и наш год все время укорачивался бы. Каждый год становился бы фактически на дне секунды короче предыдущего, и астрономы немедленно зафиксировали бы этот факт. Но подобных изменений в Мине года не наблюдали. Поэтому предположение о том, что метеориты служат источником солнечной радиации, отвергли. К более приемлемой альтернативе пришел в 1853 году Гельмгольц— один из создателей закона сохранения 1Нергии. Зачем рассматривать метеориты, падающие на I плице, если может падать вещество самого Солнца? Поверхность Солнца отстоит от его центра на 696 000 км. Предположим, что поверхность медленно опускается, причем кинетическая энергия этого падения может превратиться в излучение. Естественно, если бы с небольшого расстояния упал маленький кусочек солнечной поверхности, выделилось бы очень мало энергии. Однако если бы упала вся солнечная поверхность, т. е. если бы Солнце сжалось, энергия излучения была бы огромной. Гельмгольц показал, что скорость сжатия Солнца 0,01 1 см/мин достаточна для объяснения его радиации. Предположение было весьма заманчивым, ибо оно не требовало изменения солнечной массы и, следовательно, его гравитационного притяжения. Более того, изменение его диаметра в результате сжатия было бы небольшим. За все шесть тысяч лет существования человеческой цивилизации диаметр Солнца уменьшился бы только на 8OO км, т. е. весьма незначительно по сравнению с диаметром Солнца 1 400 000 км. За 250 лет, прошедшие со Времени изобретения телескопа до работ Гельмгольца, диаметр Солнца сократился бы только на 37 км. Естественно, астрономы не заметили бы такого уменьшения.
Проблема солнечной радиации казалась решенной, если бы не одно серьезное упущение: Солнце излучало энергию не только в период существования человеческой Цивилизации, но и в течение всего времени до того, как Человек вообще появился на Земле. Во времена Гельмгольца никто точно не знал, как долго длился этот промежуток времени. Сам Гельмгольц чувствовал, что в исследуемом вопросе не все продумано до конца. Если бы солнечное вещество падало внутрь с большого расстояния, скажем, с земной орбиты, выделялось бы достаточно энергии, чтобы Солнце излучало ее с той же скоростью, что и сейчас, в течение 18000000 лет. Однако [ТО означало бы, что возраст Земли не больше 18 000 000 лет, ибо она вряд ли существовала в своем теперешнем виде, когда вещество Солнца простиралось до областей, через которые теперь движется Земля. Геологи, изучавшие медленные изменения земной коры, казалось, неопровержимо доказали, что Земля существует не десятки, а сотни миллионов лет, возможно, даже миллиарды лет, причем все это время Солнце сияло с той же силой, с какой оно светит сейчас. В 1859 году английским натуралистом Чарльзом Робертом Дарвином была создана «теория эволюции путем естественного отбора». Если эволюция действительно происходила, а, по мнению биологов, она должна была происходить, то Земля существует по крайней мере сотни миллионов лет, все это время так же, как сегодня! Следовательно, в течение второй половины XIX века применение закона сохранения энергии по отношению к Солнцу казалось спорным. Была предложена правдоподобная теория, которую астрономы не прочь были бы принять, но против которой энергично возражали геологи и биологи. Таким образом, было три альтернативы: Закон сохранения энергии выполняется не везде во Вселенной, в частности не выполняется па Солнце. Закон сохранения выполняется на Солнце, а геологи и биологи каким-то образом неправильно интерпретируют факты, которые они собрали, И Земля существует всего несколько миллионов лег. Закон сохранения справедлив и для Солнца, но существует еще неизвестный науке источник энергии, который позволяет Солнцу излучать энергию с постоянной интенсивностью в течение миллиардов лет. Таким образом, физическая теория примиряется с точкой зрения геологов и биологов. В течение пятидесяти лет, после того как Гельмгольц предложил свою теорию, правильного пути для выбора одной из этих трех гипотез не было найдено. Вопрос был решен благодаря открытиям в области предельно малых, а не предельно больших тел. Они принадлежат к микромиру, к рассмотрению которого мы теперь переходим. smalltalks.ru Почему светит Солнце?
ИсторияОдним из первых, кто попытался подойти к объяснению природы Солнца с научной точки зрения был древнегреческий астроном и математик Анаксагор, согласно словам которого Солнце – раскаленный металлический шар. За это философ был заключен в тюрьме. Прежде, чем в 17-м веке началось инструментальное изучение Солнца, было еще немало предположений о природе солнечного света, вплоть до находящихся на поверхности постоянно горящих лесов. С 17-го века ученым открывается такое явление как солнечные пятна, появляется возможность вычислить период вращения Солнца. Становится ясно, что наша звезда является неким физическим телом со сложной структурой. В 19-м веке возникает спектроскопия, при помощи которой удается разложить солнечный луч на составные цвета. Таким образом, благодаря линиям поглощения, Фраунгоферу удается обнаружить новый химический элемент, входящий в состав звезды, — гелий. В середине 19 века ученые уже пытались описать свечение Солнца более сложными научными гипотезами. Так Роберт Майер предположил, что звезда нагревается за счет бомбардировки метеоритами. Несколько позже, в 1853-м году, возникла более правдоподобная идея так называемого «механизма Кельвина — Гельмгольца», согласно которой Солнце нагревалось по причине гравитационного сжатия. Однако, в таком случае возраст светила был бы значительно меньше, нежели на самом деле, что противоречило некоторым геологическим исследованиям. Почему светит Солнце Эрнест Резерфорд К верному ответу на данный вопрос впервые подобрался британский физик Эрнест Резерфорд, который предположил, что в Солнце происходит радиоактивный распад и именно он является источником энергии звезды. Позже, в 1920-м году английский астрофизик Артур Эддингтон развил мысль Резерфорда, утверждая, что в ядре Солнца может протекать реакция термоядерного синтеза под действием внутреннего давления собственной массы Солнца. Спустя 10 лет были рассчитаны основные реакции синтеза, порождающие наблюдаемое количество энергии. Кратко термоядерную реакцию, вследствие которой светит Солнце, можно описать как слияние протонов (ядер водорода) в ядро гелия-4. Так как ядро гелия-4 имеет меньшую массу, чем ядра водорода, то разница энергий (свободная энергия) излучается в виде фотонов – частиц, являющихся электромагнитным излучением. Термоядерная реакцияПротон-протонные термоядерные реакции синтеза, протекающие внутри звезд с массой Солнца и менее, можно разделить на три цепочки: ppI, ppII, ppIII. Из них на ppl приходится более 84% энергии Солнца. Протон-протонная реакция состоит из трех циклов, где в роли первого выступает взаимодействие двух протонов (двух ядер водорода). Обладая достаточными энергиями, чтобы преодолеть кулоновский барьер, два протона сливаются, в результате чего образуется дейтрон. Так как ядро дейтрона, состоящее из двух протонов, имеет меньшую массу чем два отдельных протона, образуется свободная энергия, за счет которой возникают позитрон и электронное нейтрино, которые излучаются из области, где проходила реакция. Далее вследствие взаимодействия дейтрона и еще одного протона образуется гелий-3 с выделением энергии в виде электромагнитного излучения. Дальнейшие этапы реакции можно наглядно проследить на представленной ниже схеме.  Реакции, протекающие внутри солнца Помимо протон-протонной термоядерной реакции синтеза малый вклад в высвобождаемую Солнцем энергию вносит реакция типа протон-электрон-протон 0.23%. Таким образом, обобщая выше сказанное – Солнце излучает электромагнитные волны различной частоты, в том числе и в области видимого света, которые образованы частицами, рожденными в результате высвобожденной энергии во время протон-протонной (протон-электрон-протонной) реакции термоядерного синтеза. comments powered by HyperComments Понравилась запись? Расскажи о ней друзьям! Просмотров записи: 1256  spacegid.com Вредное солнце и ультрафиолетовое излучение
Солнечный свет создает необходимую среду для существования. Он — наш друг. Находясь на солнце, мы чувствуем себя здоровыми, бодрыми и помолодевшими, а наш организм более активно борется с ийфекциями. А еще:
Но солнце может стать и врагом. Согласно исследованиям, избыточное действие ультрафиолетовых лучей не укрепляет организм, а разрушает иммунную систему. А избыточным оно становится тогда, когда облучение больше того уровня, который меланин, присутствующий в коже, способен обработать. Чувствительность кожи к ультрафиолету зависит от многих причин: от активности гипофиза, состояния надпочечников, печени и даже от цвета глаз и волос. К примеру, известно, что рыжеволосые люди вообще не загорают, в их коже нет заслона ультрафиолетовому излучению. Под воздействием жаркого солнца проблемы со здоровьем обостряются. Пробив защиту нашего организма, солнечные лучи повреждают эластичные волокна кожи, вызывают ее преждевременное старение, способны разрушить генетический аппарат клеток, закладывая основу для онкологических заболеваний. Еще серьезнее обстоят дела, когда человек получает солнечный ожог. Ему кажется, что это временное явление, которое бесследно исчезает, но получены доказательства, что солнечные ожоги являются главной причиной меланомы — тяжелой формы рака кожи. Из-за злоупотребления солнечными лучами могут возникнуть и заболевания органов зрения. Чтобы солнце не стало нашим врагом, нужно знать, что воздействия ультрафиолетовых лучей неодинаковы. В зависимости от сезона, времени суток и места на планете интенсивность их существенно меняется. Самым сильным и вредным ультрафиолет становится летом с 10 до 16 часов, достигая своего пика, когда солнце находится в зените. При заходе солнца интенсивность солнечных лучей уменьшается. Чтобы получить от солнца только пользу, следует:
Если вы вынуждены находиться под прямыми солнечными лучами:
От солнца на коже нередко появляются стойкие пигментные пятна. Натуральные маски благотворно действуют на вялую, пористую кожу с веснушками и пигментными пятнами. Возьмите помидор, огурец, любые свежие ягоды, персик, абрикос или апельсин. Разомните их ложкой, лучше деревянной, и наложите смесь на кожу. Эффективны свежие цветки календулы, которые нужно растереть и приложить к пигментному пятну, заклеить лейкопластырем (на ночь). Также помогают растертые лепестки цветов шиповника, свежие листья ириса. Процедуру нужно повторить несколько раз. Самые популярные и интересные материалы:Читайте похожие статьи:narodnye-sredstva.ru |
|
||||||||||||||||||
|
|
||||||||||||||||||
|
Несмотря на простую формулировку вопроса «Почему светит Солнце?» ответ на него требует некоторой базы физических знаний и изложить его в одном предложении – затруднительная задача. Решить ее мы попытаемся ближе к концу статьи, которую начнем с исторической справки.
Говорят, что солнце даже в тени излучает вредный для здоровья ультрафиолет. И поэтому загорать, особенно в теплых районах, становится опасно даже здоровым людям. Так ли это?
