Сколько излучает солнце тепла и света в мировое пространство. Излучение солнцем света и тепла

Солнечная радиация ил ионизирующее излучение солнца

Солнце – источник света и тепла, в котором нуждается все живое на Земле. Но помимо фотонов света, оно излучает жесткую ионизирующую радиацию, состоящую из ядер и протонов гелия. Почему так происходит?

Причины возникновения солнечного излучения

Солнечная радиация образуется в дневные часы во время хромосферных вспышек – гигантских взрывов, происходящих в атмосфере Солнца. Часть солнечного вещества выбрасывается в космическое пространство, образуя космические лучи, главным образом состоящие из протонов и небольшого количеств ядер гелия. Эти заряженные частицы спустя 15-20 минут после того, как солнечная вспышка становится видимой, достигают поверхности земли.

Воздух отсекает первичное космическое излучение, порождая каскадный ядерный ливень, который затухает с понижением высоты. При этом рождаются новые частицы – пионы, которые распадаются и превращаются в мюоны. Они проникают в нижние слои атмосферы и попадают на землю, зарываясь вглубь до 1500 метров. Именно мюоны отвечают за образование вторичного космического излучения и естественной радиации, воздействующей на человека.

Спектр солнечного излучения

Спектр солнечного излучения включает как коротковолновые, так длинноволновые области:

гамма-лучи;
рентгеновское излучение;
УФ-радиацию;
видимый свет;
инфракрасную радиацию.

Свыше 95% излучения Солнца приходится на область «оптического окна» – видимого участка спектра с прилегающими областями ультрафиолетовых и инфракрасных волн. По мере прохождения через слои атмосферы действие солнечных лучей ослабляется – вся ионизирующая радиация, рентгеновские лучи и почти 98% ультрафиолета задерживаются земной атмосферой. Практически без потерь до земли доходит видимый свет и инфракрасное излучение, хотя и они частично поглощаются молекулами газов и частицами пыли, находящимися в воздухе.

В связи с этим, солнечное излучение не приводит к заметному повышению радиоактивного излучения на поверхности Земли. Вклад Солнца вместе с космическими лучами в формирование общей годовой дозы облучения составляет всего 0,3 мЗв/год. Но это усредненное значение, на самом деле уровень падающего на землю излучения различен и зависит от географического положения местности.

Где солнечное ионизирующее облучение сильнее?

Наибольшая мощность космических лучей фиксируется на полюсах, а меньше всего – на экваторе. Связано это с тем, что магнитное поле Земли отклоняет к полюсам заряженные частицы, падающие из космоса. Кроме этого, излучение усиливается с высотой – на высоте 10 километров над уровнем моря его показатель возрастает в 20-25 раз. Активному воздействию более высоких доз солнечной радиации подвергаются жители высокогорий, поскольку атмосфера в горах тоньше и легче простреливается идущими от солнца потоками гамма-квантов и элементарных частиц.

Важно. Серьезного воздействия радиационный уровень до 0,3 мЗв/ч не оказывает, но при дозе 1,2 мкЗ/ч рекомендуется покинуть район, а случае крайней необходимости находится на его территории не более полугода. При превышении показаний вдвое следует ограничить пребывание в этой местности до трех месяцев.

Если над уровнем моря годовая доза космического облучения составляет 0,3 мЗв/год, то при повышении высоты через каждые сто метров этот показатель увеличивается на 0,03 мЗв/год. После проведения небольших расчетов можно сделать вывод, что недельный отпуск в горах на высоте 2000 метров даст облучение 1мЗв/год и обеспечит почти половину общей годовой нормы (2,4 мЗв/год).

Получается, что жители гор получают годовую дозу радиации, в разы превышающую норму, и должны чаще болеть лейкозом и раком, чем люди, живущие на равнинах. На самом деле, это не так. Наоборот, в горных районах фиксируется более низкая смертность от этих заболеваний, а часть населения – долгожители. Это подтверждает тот факт, что длительное нахождение в местах высокой радиационной активности не оказывает негативного влияния на организм человека.

Солнечные вспышки – высокая радиационная опасность

Вспышки на Солнце – большая опасность для человека и всего живого на Земле, поскольку плотность потока солнечного излучения может превышать обычный уровень космического излучения в тысячу раз. Так, выдающийся советский ученый А. Л. Чижевский связал периоды образования солнечных пятен с эпидемиями тифа (1883-1917 г) и холеры (1823-1923 г) в России. На основании сделанных графиков он еще в 1930 году предсказал возникновение обширной пандемии холеры в 1960-1962 годах, которая и началась в Индонезии в 1961 году, затем быстро распространилась на другие страны Азии, Африки и Европы.

Сегодня получено множество данных, свидетельствующих о связи одиннадцатилетних циклов солнечной активности со вспышками заболеваний, а также с массовыми миграциями и сезонами бурного размножения насекомых, млекопитающих и вирусов. Гематологи установили увеличение количество инфарктов и инсультов в периоды максимальной солнечной активности. Такая статистика связана с тем, что в это время у людей повышается свертываемость крови, а так как у больных с заболеваниями сердца компенсаторная деятельность угнетена, возникают сбои в его работе вплоть до некрозов сердечной ткани и кровоизлияний в мозг.

Большие солнечные вспышки происходят не так часто – раз в 4 года. В это время увеличивается количество и размер пятен, в солнечной короне образуются мощные коронарные лучи, состоящие из протонов и небольшого количества альфа-частиц. Самый мощный их поток астрологи зарегистрировали в 1956 году, когда плотность космического излучения на поверхности земли увеличилась в 4 раза. Еще одним последствием подобной солнечной активности стало полярное сияние, зафиксированное в Москве и Подмосковье в 2000 году.

Как себя обезопасить?

Конечно, повышенный радиационный фон в горах – не повод отказываться от поездок в горы. Правда, стоит подумать о мерах безопасности и отправиться в путешествие вместе с портативным радиометром, который поможет контролировать уровень радиации и при необходимости ограничить время пребывания в опасных районах. В местности, где показании счетчика показывают величину ионизирующего облучения в 7 мкЗв/ч, не стоит находиться больше одного месяца.

www.quarta-rad.ru

Почему Солнце светит? Как оно "работает" и как влияет на нашу планету? :: SYL.ru

Свет Солнца – одна из самых важных вещей на Земле. Он поддерживает жизнь в каждом организме нашей планеты, и без него мы бы просто не существовали. Но каким образом он влияет на нас? И почему Солнце светит вообще? Давайте узнаем, как работают эти процессы.

Ещё одна звезда в небе

В древности люди не знали, почему светит Солнце. Но уже тогда они заметили, что оно появляется рано утром и исчезает вечером, а на смену ему приходят яркие звезды. Его считали дневным божеством, символом света, добра и власти. Сейчас наука шагнула далеко вперед и Солнце уже не столь загадочно для нас. Десятки сайтов и книг расскажут о нём множество подробностей, а NASA даже продемонстрирует его снимки из космоса.

Сегодня мы смело можем утверждать, что Солнце не какой-нибудь особенный и неповторимый объект, а звезда. Такая же, как тысячи других, которые мы видим в ночном небе. Но другие звезды очень далеки от нас, поэтому с Земли они кажутся крохотными огоньками.

Солнце к нам гораздо ближе, и его сияние видно намного лучше. Оно является центром звездной системы. Вокруг него вращаются планеты, кометы, астероиды, метеороиды и другие космические тела. Каждый объект движется по своей собственной орбите. Наименьшее расстояние до Солнца имеет планета Меркурий, самые дальние части системы не изведаны. Одним из дальних объектов является Седна, которая делает полный оборот вокруг светила за 3420 лет.

Почему Солнце светит?

Как и все остальные звезды, Солнце представляет собой огромный горячий шар. Предполагается, что оно образовалось из остатков других звезд около 4,5 миллиардов лет назад. Газ и пыль, освободившиеся из них, стали сжиматься в облако, температура и давление в котором постоянно повышались. «Разогревшись» примерно до десяти миллионов градусов, облако превратилось в звезду, ставшую гигантским генератором энергии.

Так почему Солнце светит? Все это из-за термоядерных реакций внутри него. В центре нашего светила водород непрерывно превращается в гелий, под действием очень высокой температуры – около 15,7 миллионов градусов. В результате такого процесса вырабатывается огромное количество тепловой энергии, сопровождаясь свечением.

Термоядерные реакции проходят только в солнечном ядре. Излучение, которое оно вырабатывает, распространяется вокруг звезды, формируя несколько внешних слоев:

зону лучистого переноса;
конвективную зону;
фотосферу;
хромосферу;
корону.

Свет Солнца

Основное количество видимого света производится в фотосфере. Это непрозрачная оболочка, которую отождествляют с поверхностью Солнца. Температура в Цельсиях фотосферы - 5 000 градусов, но есть на ней и более «холодные» области, называемые пятнами. В верхних оболочках температура вновь увеличивается.

Наше светило относится к жёлтым карликам. Это далеко не самая старая и не самая крупная звезда во Вселенной. В своей эволюции она достигла примерно половины пути и проживет в таком состоянии ещё около пяти миллиардов лет. Затем Солнце превратится в красного гиганта. А после сбросит внешнюю оболочку и станет тусклым карликом.

Свет, который оно излучает сейчас, практически белого цвета. Но с поверхности нашей планеты он виден жёлтым, так как рассеивается и проходит через слои земной атмосферы. Близким к реальному цвет излучения становится в очень ясную погоду.

Взаимодействие с Землёй

Расположение Земли и Солнца относительно друг друга неодинаково. Наша планета постоянно движется вокруг звезды по своей орбите. Полный оборот она делает за один год или примерно за 365 дней. За это время она преодолевает расстояние в 940 миллионов километров. На самой планете движение не ощущается, хотя каждый час она проходит примерно 108 километров. Последствия такого путешествия проявляются на Земле в виде смены времен года.

Однако сезоны определяет не только движение вокруг Солнца, но и наклон земной оси. Относительно орбиты она наклонена на 23,4 градуса, поэтому разные уголки планеты освещаются и согреваются звездой не одинаково. Когда Северное полушарие повернуто к Солнцу, там лето, а в Южном полушарии в это же время зима. Через полгода всё меняется с точностью наоборот.

Мы часто говорим, что Солнце появляется днём. Но это лишь выражение, ведь оно и создает нам день. Его лучи пробиваются через атмосферу, освещая планету с утра до вечера. Их яркость настолько сильна, что остальных звезд днем мы просто не видим. Ночью Солнце не перестает светить, просто Земля поворачивается к нему то одним, то другим боком, ведь она вращается не только по орбите, но и вокруг собственной оси. Полный оборот она делает за 24 часа. На стороне развернутой к светилу - день, на противоположной - ночь, каждые 12 часов они меняется.

Незаменимая энергия

От нашей планеты расстояние до Солнца составляет 8,31 световых лет или же в 1,496·108 километров, чего вполне достаточно для существования жизни. Более близкое расположение сделало бы Землю похожей на безжизненную Венеру или Меркурий. Впрочем, уже через миллиард лет звезда должна стать горячее на 10%, а ещё через 2,5 млрд. лет она сможет буквально иссушить все живое на планете.

В настоящее время температура светила подходит нам идеально. Благодаря этому, на нашей планете появилось огромное разнообразие жизненных форм, начиная от растений и бактерий, заканчивая человеком. Все они нуждаются в солнечном свете и тепле, и легко умрут при длительном их отсутствии. Свет звезды способствует фотосинтезу растений, при котором вырабатывается жизненно важный кислород. Её ультрафиолетовое излучение усиливает работу иммунитета, способствует выработке витамина D, помогает самоочищению атмосферы от вредных веществ.

Неравномерное прогревание Земли Солнцем создает движение воздушных масс, что, в свою очередь, создает климат и погоду на планете. Свет от звезды влияет на установление циркадных ритмов у живых организмов. То есть, вырабатывается строгая зависимость их активности от смены времени суток. Так, одни животные активны только днём, другие только ночью.

Наблюдение за Солнцем

Среди ближайших к нам звёздных систем Солнце не является самой яркой. Оно занимает по этому показателю только четвертое место. Например, звезда Сириус, которую отлично видно в ночном небе, превосходит его по яркости в целых 22 раза.

Несмотря на это, мы не можем смотреть на Солнце невооруженным взглядом. К Земле оно находится слишком близко и наблюдать его без специальных приборов губительно для зрения. Для нас оно примерно в 400 тысяч раз ярче, чем свет, отражаемый Луной. Невооруженным глазом смотреть на него мы можем только на закате и рассвете, когда его угол небольшой и светимость падает в тысячи раз.

В остальное время, чтобы увидеть Солнце, нужно использовать специальные солнечные телескопы или светофильтры. Если при этом проецировать изображение на белый экран, то разглядеть пятна и вспышки на нашем светиле возможно даже с непрофессиональной техникой. Но делать это нужно аккуратно, чтобы не повредить её.

www.syl.ru

Излучение Солнца мощность: инфракрасное ультрафиолетовое

Протуберанец на поверхности Солнца

Протуберанец на поверхности

Излучение Солнца, которое известно как солнечный свет, представляет собой смесь электромагнитных волн, от инфракрасных (ИК) до ультрафиолетовых лучей (UV). Оно включает в себя видимый свет, который находится между ИК и УФ в электромагнитном спектре.

Скорость распространения электромагнитных волн

Все электромагнитные волны (ЭМ) распространяются со скоростью приблизительно 3,0х10*8 м/с в вакууме. Пространство не является идеальным вакуумом, оно, на самом деле, содержит частицы в низкой концентрации, электромагнитные волны, нейтрино и магнитные поля. Поскольку, среднее расстояние между Землей и Солнцем более 149,6 млн. км, то требуется около 8 минут, чтобы излучение добралось до Земли. Солнце светит не только в ИК, видимом и УФ диапазоне. В основном, оно выделяет гамма-лучи высокой энергии.

Однако, фотоны гамма-излучения проходят длинный путь до поверхности, они постоянно поглощаются солнечной плазмой и повторно излучаются с изменением своей частоты.

К тому времени, как они добираются до поверхности, фотоны гамма лучей представляют собой ИК, видимый и УФ спектры. Инфракрасное излучение это тепло которое мы ощущаем. Без него и видимого света, жизнь на Земле была бы невозможна. Во время солнечных вспышек, оно также испускает рентгеновские лучи. Когда электромагнитное излучение Солнца достигает атмосферы Земли, часть его поглощается, в то время, как остальное долетает до поверхности Земли.

В частности, УФ излучение поглощается озоновым слоем и повторно излучается в виде тепла, что приводит к нагреву стратосферы.

Часть этого тепла повторно излучается в космос, и немного достигает поверхности Земли. В то же время, электромагнитное излучение, которое не поглощается атмосферой долетает до поверхности Земли и нагревает ее. Наличие парниковых газов, заставляют атмосферу поглощать больше тепла, практически его не теряя. Это явление известно, как парниковый эффект.

comments powered by HyperComments

Понравилась запись? Расскажи о ней друзьям!

Просмотров записи: 4911

spacegid.com

Солнечный свет

Категория: Использвание искусственного освещения

Солнечный свет

Задачей настоящей главы является физическое обоснование положения К. А. Тимирязева о тождестве действия на растения солнечного и искусственного освещения. Для этого прежде всего надо вспомнить, что представляет собой солнечный свет или, точнее, солнечное излучение, доходящее до растений, и каким закономерностям подчинено его распределение в годичном цикле у поверхности нашей планеты.

Столь же необходимы и сведения об основных физических характеристиках главнейших искусственных источников света, предназначенных заменить своей радиацией солнечную при выращивании самых разнообразных растительных видов.

И то и другое обязательно не только ^ля понимания получаемых результатов и их правильной физиологической оценки, но также и для установления единого принципа измерения и дозировок различных видов лучистой энергии. Без правильной же методики измерений радиационных воздействий нельзя сравнивать результаты разнообразных работ.

Основным источником света и тепла для поверхности земли является излучение солнца. Оно определяет климатические условия различных широт и возможности нормальной жизни растительных организмов. Количество тепла, приносимое солнечными лучами на землю, огромно. Можно считать, что солнечные лучи повышают температуру поверхности земли на 300° по сравнению с межпланетным пространством. Одновременно с нагревом земной поверхности, что приводит к перемещению воздушных масс, они совершают огромную работу по круговороту воды в пределах земной атмосферы.

Совершенно понятно, что такая колоссальная работа может ршаться только за счет столь же значительного количества ‘ тергпи. И действительно, по подсчетам некоторых астрономов, Эучистая энергия солнца, непрерывно поступающая на землю, Характеризуется очень крупными величинами. Они считают ее равной работе 217 биллионов 316 миллионов л. с. или, иначе, 543 миллиардам паровых машин по 400 сил каждая, работающих день и 1(0ЧЬ без остановки. В электрических единицах это соответствует 1 кет на 1 м2.

Для более полной характеристики солнца как излучателя энергии напомним, что указанное огромное количество лучистой энергии, попадающей на землю, составляет только одну двухбил-лионную часть того, что излучает солнце во все стороны.

Pис. 1. Распределение энергии в солнечном спектре. (По Н. Н. Калитину.)

Каков же характер этого излучения, что оно дает непосредственно растениям, — вот вопросы, наиболее интересные для данной темы.

Исследования последних лет приводят к заключению, что излучающая поверхность солнца (фотосфера) имеет температуру около 6000°. При такой температуре все известные элементы находятся в парообразном состоянии. Температура излучающей поверхности определяет спектральный состав излучения. Чем выше температура тела, тем дальше в область коротких волн продвигается излучение и его максимум. Зная температуру любого тела, можно составить точное представление и о спектральном составе его излучения и о распредетении энергии по спектру. Расчетные данные распределения мощностей по спектру солнечного излучения очень хорошо совпали с прямыми измерениями этих величин при помощи сложных приборов — спектроболометров. Характер распределения энергии можно видеть на рис. 1.

Атмосфера, окружающая землю, несколько изменяет характер солнечной радиации. В результате ее воздействия энергетический максимум излучения солнца у поверхности земли приходится на длину волн около 550 вызывающую в нормальном человеческом зрении ощущение желто-зеленого света. Любопытно, что этот максимум в солнечном излучении у поверхности земли очень хорошо совпадает с максимальной спектральной чувствительностью человеческого глаза. В обе стороны от максимума лежат другие спектральные области излучения, быстро переходящие из видимой области за ее пределы. Особенно широка область невидимой солнечной радиации за границами оранжево-красного участка спектра. Это так называемая инфракрасная радиация. Противоположное ей место у другого конца видимого спектра занимает также невидимая человеком ультрафиолетовая радиация, но ее во много раз меньше, чем инфракрасной. Физической характеристикой монохроматических излучений служат длины волн, или частота электромагнитного колебания, или энергия отдельных частиц лучистого потока — квантов. Длина волн убывает от инфракрасной области спектра к ультрафиолетовой, а величина квантов возрастает при том же движении по спектру. Излучения, лежащие в пределах одинаковых длин волн, называются монохроматическими. Они являются простейшими элементами всякого излучения. Их бесконечно много. Они как бы составляют непрерывный ряд элементов, образующих сплошной спектр. Но только один небольшой отрезок совокупности излучений вызывает в наших глазах ощущение света.

Скорость распространения лучистых потоков чрезвычайно велика по сравнению со всеми другими скоростями. В межпланетном пространстве она равна для всех электромагнитных излучений и выражается следующими величинами — 299 800 км в секунду или 2998 • 1010 см в секунду. Для наилучшего осознания значения этой скорости существует очень наглядное сравнение. Если бы можно было между землею и солнцем построить мост и пустить по нему поезд, идущий с постоянной скоростью 60 километров в час, то он пришел бы с земли на солнце через 285 лет, а солнечный луч проносится через это огромное расстояние за 8 минут.

В средах, вызывающих преломление лучей, скорость распространения различных монохроматических излучений неодинакова. Например, в стекле и в воде красное излучение распространяется несколько скорей, чем фиолетовое.

Длина любой волны излучения может быть измерена и при этом с большой точностью. Они (эти длины) представляют собой очень малые величины, не превышающие, например, для видимых излучений одной тысячной доли миллиметра. Для их выражения пользуются следующими единицами: — миллионная доля метра, или тысячная доля миллиметра, миллимикрон (сокращенно му) — тысячная доля микрона, онгстрем (сокращенно А), или десятитысячная доля микрона.

Основные цветные участки спектра видимого излучения в их наиболее типичном виде выражаются следующими длинами волн:

Все эти излучения в определенном энергетическом соотношении между собой при их одновременном воздействии на человеческий глаз создают впечатление белого света.

При волновом воззрении на природу излучений считается, что энергия распределяется равномерно по всей волне, однако квантовая теория отрицает это положение и заменяет его другим, исходящим из представления о концентрации энергии отдельными сгустками, порциями — квантами. Энергия отдельного кванта, с точки зрения обычных представлений, очень мала, но в масштабе атомных явлений колоссальна. Считается, что энергия светового кванта близка к кинетической энергии молекулы при температуре в 20 000°. Этой концентрироваиностыо энергии и объясняется сильное действие, оказываемое светом на вещество. При поглощении света в целом ряде веществ происходят химические реакции, изменяющие их внутреннюю структуру. Эти реакции называются фотохимическими.

Как для фотосинтеза, так и вообще для нормального течения всех физиологифских процессов жизнедеятельности растений нужен свет — лучистая энергия, не только определенного спектрального состава, но и соответствующей мощности. И то и другое, а также и продолжительность ежесуточного освещения, зависит от характера поступления на поверхность земли солнечного излучения.

В различные времена года на различных широтах высота солнца над горизонтом меняется от 0 до 90°, а продолжительность ежесуточного освещения — от полной темноты до непрерывного освещения. Оба эти фактора определяют количество приходящей на землю солнечной лучистой энергии. Чем меньше угол, под которым падают лучи солнца на землю, тем длиннее путь солнечного луча и больше атмосферная масса земли, лежащая на его пути.

Чем ниже солнце над горизонтом, тем большую массу атмосферы проходят его лучи раньше чем попадают на землю. А так как атмосфера не является для солнечных лучей безразличной средой а, напротив, рассеивает и поглощает их составляющими ее элементами, то ее масса не может не сказываться и на количестве и на качестве света у поверхности земли. Опыт показывает, что при среднем состоянии прозрачности атмосферы, в зависимости от ее массы, до земли доходят следующие количества лучистой энергии: при высоте солнца в С0°—70%, при высоте в 30° — 60%, а при стоянии солнца над горизонтом на 5° — только 20% радиации. Очень большую роль в количественном распределении лучистой энергии играет и угол, под которым она падает на поглощающую ее поверхность (рис. 2). Чем меньше угол падения луча на поверхность, тем на большую площадь распределяется его энергия и, следовательно, тем меньше энергии получает каждая точка этой поверхности. Если солнечный луч падает на земную поверхность под углом в 30°, то каждая единица этой поверхности получит энергии в два раза меньше по сравнению с поверхностью, на которую этот луч падает отвесно, т. е. под углом в 90°. Понятно, что с еще большим уменьшением угла падения лучей будет уменьшаться и количество лучистой энергии, приходящейся на единицу поверхности. Так, при высоте солнца в 10 градусов количество энергии, приходящейся на единицу поверхности, составляет только одну шестую часть от падающей под прямым углом, а при высоте в 5° всего одну двенадцатую долю ее.

Pис. 2. Зависимость напряжения солнечнойУрадиацин от угла падения. (По Н. Н. Калитпну.)

Вот потому-то зимою при малой высоте солнца над горизонтом и коротких днях поглощение лучистой энергии земной поверхностью мало.

Различные части атмосферы по-разному поглощают и рассеивают проходящее через них солнечное излучение. Поатому спектральный состав солнечного излучения у границы земной атмосферы и у поверхности земли несколько различен. Не остается он постоянным и в течение суток и в течение года, особенно в умеренных и северных широтах.

Попадая в земную атмосферу, излучение солнца рассеивается молекулами газов и взвешенными среди них частицами пыли, кристаллами льда и капельками воды. Характер рассеивания и атмосфере по спектру излучения неодинаков и определяется длиною волны излучения и размером рассеивающих частиц. Чем короче длина волны, тем больше рассеивание. Так для наиболее коротких ультрафиолетовых волн, доходящих до поверхности земли, рассеивание их атмосферой в 30 раз больше по сравнению с красною областью спектра. Еще большее значение для изменения спектрального состава, доходящего до поверхности земли, имеет поглощающая роль атмосферы. Прозрачность последней не одинакова для различных областей спектра солнечного излучения.

Наибольшему изменению под влиянием атмосферы подвержена ультрафиолетовая область радиации. Она и сильно рассеивается и еще больше поглощается. Основным поглотителем ультрафиолетовой радиации в атмосфере является озон, находящийся в ее верхних частях (в стратосфере). Благодаря его присутствию, спектр солнечного излучения, попадающего на землю, обрывается в ультрафиолетовом конце на длине волны в 291 му.

Воздействия на живые клетки радиацией ртутно-кварцевых ламп, излучающих ультрафиолетовую радиацию с длиною волн более коротких чем 290 м\i, показали ее губительное действие.

Инфракрасная радиация поглощается частично углекислотою и водяными парами, которых в атмосфере немало, причем общее количество их подвержено значительным колебаниям.

Видимая часть солнечного излучения претерпевает наименьшие изменения при Похождении через атмосферу. Поэтому и энергетический максимум излучения, находящийся в синефиолетовой области, смещается атмосферой сравнительно в незначительной степени, если солнце стоит около зенита и атмосфера чиста.

Общее представление о суточном изменении спектрального состава прямого солнечного излучения у поверхности земли дает рис. 15, показывающий соотношение между тремя главнейшими его областями: инфракрасной, видимой и ультрафиолетовой в зависимости от высоты стояния солнца над горизонтом. Даже при положении солнца прямо над головой (в зените), что бывает только в южных широтах, на долю инфракрасной радиации приходится до 50% от общей суммы солнечного излучения. В этих же условиях видимое излучение составляет только 46%, а ультрафиолетовое всего 4% от общего потока солнечной радиации. При уменьшении высоты солнца до 30° количество инфракрасной радиации возрастает до 53%, а видимой и ультрафиолетовой падает, первой до 44%, а второй до 3%.

При положении солнца у горизонта ультрафиолетовое излучение исчезает полностью из лучистого потока, достигающего земли, и он в это время состоит только из инфракрасной — 72% и видимой — 28%.

Что касается видимой области излучения, то ее спектральный состав, в различных условиях стояния солнца над горизонтом,представлен на рис. 4. Как видно, при стоянии солнца в зените все пять основных составных частей белого света — красная, желтая, зеленая, синяя и фиолетовая — находятся почти в одинаковом соотношении. По мере приближения солнца к горизонту красно-

оранжевая часть видимого излучения возрастает, а все остальные области, н особенно сине-фиолетовая, резко сокращаются. Уже при высоте солнца в 10° половину всей видимой радиации составляют красные лучи, а из другой половины одна четверть приходится па желтое излучение, а остальные три участка спектра вместе составляют только 0,25 радиации. При положении солнца у горизонта оно кажется красным потому, что в это время (высота солнца около 0,5°) три четверти видимого излучения, доходящего до земли, составляет красная область спектра. В это время сине-фиолетовое излучение у поверхности земли отсутствует,, а на желто-зеленое приходится 0,25 всего видимого излучения.

Кроме прямой солнечной радиации, о которой говорилось выше, для жизни растений очень большое значение имеет и так называемая рассеянная радиация. Последняя представляет собою ту же солнечную радиацию, но только отраженную от отдельных частиц атмосферы и различных земных поверхностей. В пасмурные дни, когда солнце закрыто тучами, до растений доходит только рассеянная радиация. Так как таких дней немало, интересно знать, что же представляет собой этот вид света. Основное отличие его от прямого излучения заключается в том, что последнее имеет направленный поток лучистой энергии от солнца к любому облучаемому нм предмету или поверхности, а у рассеянной солнечной радиации общая направленность отсутствует, и она идет от всех точек небесного свода. Это обстоятельство делает рассеянную радиацию наиболее объемной. Второе различие этих потоков сводится к неодинаковому спектральному их составу. Так, в рассеянной радиации при наличии безоблачного неба преобладает коротковолновая часть, при облачном небе, наоборот, максимум излучения перемещается т; более длинным волнам.

Pис. 3. Спектральный состав солнечной радиации при различных высотах солнца над горизонтом. 1 — инфракрасная; 2 — видимая; 3 — ультрафиолетовая. (По Н. Н. Калитину.)

Так как источником рассеянной радиации является солнечный луч, то все основные закономерности, указанные для прямой солнечной радиации, относятся в известной степени и к рассеянной. В частности, интенсивность рассеянной радиации изменяется в зависимости от высоты стояния солнца над горизонтом. Возрастает с увеличением высоты его и ослабевает с уменьшением последней. При безоблачном небе количество рассеянной радиации зависит от прозрачности атмосферы. Чем чище атмосфера, тем меньше рассеянной радиации; чем больше в атмосфере добавочных центров рассеивания (пылинок и т. п.), тем больше рассеянной радиации. Однако, как показывают прямые измерения, количество рассеянной радиации при безоблачном небе очень невелико и роль ее в общем приходе лучистой энергии для земной поверхности незначительна. Иное дело при облачном небе. В это время количество рассеянного света очень увеличивается, так как облака, состоящие пз капелек воды илп кристаллов льда, являются хорошей рассеивающей и отражающей средой. Роль рассеянной радиации особенно велика для северных и полярных хпирот, где прямых солнечных лучей часто не бывает. Для растений наибольшее значение имеет так называемая суммарная радиация, состоящая пз прямой солнечной и рассеянной.

Использвание искусственного освещения - Солнечный свет

gardenweb.ru

Солнце - дневная звезда

Содержание

Введение 3

Немного из истории 4

Солнце как небесное тело 7

Приборы наблюдения за Солнцем 13

Солнечное излучение и его влияние на Землю 15

Заключение 19

Список литературы

Приложение

Введение

Когда бы смертным толь высоко

Возможно было возлететь,

Чтоб к Солнцу бренно наше око

Могло, приблизившись, воззреть,

Тогда б со всех открылся стран

Горящий вечно Океан.

Там огненны валы стремятся

И не находят берегов;

Там вихри пламенны крутятся,

Борющись множество веков;

Там камни, как вода, кипят,

Горящи там дожди шумят.

М. В. Ломоносов

Солнце играет исключительную роль в жизни Земли. Несколько миллиардов лет назад вокруг него сформировались планеты и в их числе Земля. Впоследствии весь органический мир нашей планеты стал обязан Солнцу своим существованием. Солнце не только источник света и тепла, но и первоначальный источник многих других видов энергии (энергии нефти, угля, воды, ветра). С ним не связаны лишь сейсмические процессы на Земле, небольшой приток тепла из недр Земли, энергия, выделяющаяся в результате лунных приливов и при падении метеоритов, а также ничтожное количество энергии, поступающей на Землю от других небесных тел.

Немного из истории

Солнце — самое знакомое каждому небесное тело. Солнце всегда привлекало к себе внимание людей, но и сегодня ученым приходится признавать, что Солнце таит в себе немало загадок.

Издавна у разных народов Солнце было предметом поклонения. Используя очевидную роль Солнца как источника жизни на Земле, представители церкви способствовали развитию поклонения Солнцу, культу Солнца. Солнце обожествлялось различными народами (Гелиос — греческий бог Солнца, Митра — бог Солнца у персов, Ра — у египтян, Яр или Ярило — у наших предков славян, Молох — у древних карфагенян и др.). Чтобы задобрить могущественного бога Солнца, люди приносили ему в жертву богатые дары, а нередко и человеческие жизни.

Современному представлению о Солнце предшествовал трудный многовековой путь человека от незнания к знанию, от явления к сущности, от обожествления Солнца к практическому использованию его энергии. Было время, когда люди ничего не знали о размерах Солнца и его температуре, состоянии вещества Солнца и т. д. Не зная о расстоянии до Солнца, древние принимали видимые размеры за действительные. Гераклит, например, полагал, что «Солнце имеет ширину в ступню человеческую», Анаксагор весьма неуверенно допускал, что Солнце может быть большим, чем оно кажется, и сравнивал его с Пелопоннесским полуостровом. Совершенно неясной оставалась картина физической природы Солнца. Пифагорейцы, например, его относили к планетам и наделяли хрустальной сферой. Один из учеников Пифагора — Филолай (V в. до н. э.), допускавший мысль о движении Земли, считал, что Солнце не имеет никакого отношения к «центральному огню», вокруг которого оно, по его мнению, само вращается вместе с Землей, Луной и пятью планетами (и вымышленным небесным телом — «противоземлей») и который остается невидимым для жителей Земли. Следует отметить, что подобные выдуманные представления о движении Земли нельзя смешивать с первыми научными догадками о движении Земли, принадлежащими, по-видимому, Аристарху Самосскому (III в. до н. э.), который впервые дал метод определения сравнительных расстояний до Солнца и Луны. Несмотря на неудовлетворительность полученных результатов (было найдено, что Солнце находится в 19—20 раз дальше от Земли, чем Луна), мировоззренческое и научное значение их очень велико, так как впервые был научно поставлен и отчасти решен вопрос об определении расстояния до Солнца. Без принципиально правильного разрешения этого вопроса не могло быть и речи о выяснении истинных размеров Солнца. Во II в. до н. э. Гиппарх находит, что параллакс Солнца (т. е. угол, под которым с расстояния Солнца виден радиус Земли) равен 3¢, что соответствует расстоянию до него в 1200 земных радиусов, и это считалось верным, почти восемнадцать веков — до работ Кеплера, Гевелия, Галлея, Гюйгенса. Последнему (XVII в.) принадлежит наиболее точное определение расстояния до Солнца (160 млн. км). В дальнейшем исследователи отказываются от непосредственного определения параллакса Солнца и применяют косвенные методы. Так, например, довольно точное значение горизонтального параллакса получали из наблюдений Марса в противостоянии или Венеры во время ее прохождения по диску Солнца.

В XX в. успешные измерения солнечного параллакса выполнялись при наблюдениях астероидов. Была достигнута значительная точность в определении параллакса Солнца (р=8",790±0",001). Солнечный параллакс измеряли и разнообразными другими методами, из которых наиболее точными оказались радиолокационные наблюдения Меркурия и Венеры, выполненные советскими и американскими учеными в начале 60-х годов.

К началу XVII в. относятся знаменитые телескопические наблюдения Галилеем солнечных пятен, его борьба за доказательство того, что пятна находятся на поверхности Солнца. Было открыто вращение Солнца, накоплены данные о ядрах и полутени пятен, обнаружены пятнообразовательные зоны на Солнце. Тем не менее пятна еще долгое время принимали за вершины гор или продукты вулканических извержений. Более полувека признавалась фантастическая теория Вильяма Гершеля, предложенная им в 1795 г., которая основывалась на подтвердившихся впоследствии представлениях А. Вилсона о том, что пятна — это углубления в солнечной поверхности. Согласно теории Гершеля, внутреннее ядро Солнца — холодное, твердое, темное тело, окруженное двумя слоями: внешний облачный слой — это фотосфера, а внутренний — играет роль защитного экрана (защищающего ядро от действия огнедышащей фотосферы). Тень пятна — это просвет холодного ядра Солнца сквозь облачные слои, а полутень — просветы внутреннего облачного слоя. Гершель сделал следующий общий вывод из своей теории: «С этой новой точки зрения Солнце представляется мне необычно величественной, огромной и яркой планетой; очевидно, это первое или, точнее говоря, единственное первичное тело нашей системы... всего вероятнее, что оно обитаемо, подобно остальным планетам, существами, органы которых приноровлены к особенным условиям, господствующим на этом громадном шаре». Как не похожи эти наивные представления о Солнце на гениальные мысли Ломоносова о природе нашего дневного светила.

Давно ушло в прошлое религиозное поклонение светилу. Сейчас ученые изучают природу Солнца, выясняют его влияние на Землю, работают над проблемой практического применения неиссякаемой солнечной энергии. Важно и то, что Солнце — ближайшая к нам звезда, единственная звезда в Солнечной, системе. Поэтому, изучая Солнце, мы узнаем о многих явлениях и процессах, присущих звездам и недоступных детальному наблюдению из-за огромной удаленности звезд.

Солнце как небесное тело

Солнце — центральное тело Солнечной системы — представляет собой очень горячий плазменный шар. Солнце — ближайшая к Земле звезда. Свет от него доходит до нас за 8⅓ мин. Солнце решающим образом повлияло на образование всех тел Солнечной системы и создало те условия, которые привели к возникновению и развитию на Земле жизни.

Солнце, вероятно, возникло вместе с другими телами Солнечной системы из газопылевой туманности примерно 5 млрд. лет назад. Сначала вещество Солнца сильно разогревалось из-за гравитационного сжатия, но вскоре температура и давление в недрах настолько увеличились, что самопроизвольно начали происходить ядерные реакции. В результате этого очень сильно поднялась температура в центре Солнца, а давление в его недрах возросло настолько, что смогло уравновесить силу тяжести и остановить гравитационное сжатие. Так возникла современная структура Солнца. Эта структура поддерживается происходящим в его недрах медленным превращением водорода в гелий. За 5 млрд. лет существования Солнца уже около половины водорода в его центральной области превратилось в гелий. В результате этого процесса выделяется то количество энергии, которое Солнце излучает в мировое пространство.

Мощность излучения Солнца очень велика: она равна 3,8•1020 МВт. На Землю попадает ничтожная часть солнечной энергии, составляющая около половины миллиардной доли. Она поддерживает в газообразном состоянии земную атмосферу, постоянно нагревает сушу и водоемы, дает энергию ветрам и водопадам, обеспечивает жизнедеятельность животных и растений. Часть солнечной энергии запасена в недрах Земли в виде каменного угля, нефти и других полезных ископаемых.

Видимый с Земли диаметр Солнца составляет около 0,5°, расстояние до него в 107 раз превышает его диаметр. Следовательно, диаметр Солнца равен 1 392 000 км, что в 109 раз больше земного диаметра.

Если сравнить несколько последовательных фотографий Солнца, то можно заметить, как меняется положение деталей, например пятен на диске. Это происходит из-за вращения Солнца. Солнце вращается не как твердое тело. Пятна, находящиеся вблизи экватора Солнца, опережают пятна, расположенные в средних широтах. Следовательно, скорости вращения разных слоев Солнца различны: точки экваториальной области Солнца имеют не только наибольшие линейные, но и наибольшие угловые скорости. Период вращения экваториальных областей Солнца 25 земных суток, а полярных — более 30.

Солнце представляет собой сферически симметричное тело, находящееся в равновесии. Всюду на одинаковых расстояниях от центра этого шара физические условия одинаковы, но они заметно меняются по мере приближения к центру. Плотность и давление быстро нарастают вглубь, где газ сильнее сжат давлением вышележащих слоев. Следовательно, температура также растет по мере приближения к центру. В зависимости от изменения физических условий Солнце можно разделить на несколько концентрических слоев, постепенно переходящих друг в друга.

В центре Солнца температура составляет 15 млн. градусов, а давление превышает сотни миллиардов атмосфер. Газ сжат здесь до плотности около 1,5•105 кг/м3. Почти вся энергия Солнца генерируется в центральной области с радиусом примерно в ⅓ солнечного. Через слои, окружающие центральную часть, эта энергия передается наружу. На протяжении последней трети радиуса находится конвективная зона. Причина возникновения перемешивания (конвекции) в наружных слоях Солнца та же, что и в кипящем чайнике: количество энергии, поступающее от нагревателя, гораздо больше того, которое отводится теплопроводностью. Поэтому вещество вынужденно приходит в движение и начинает само переносить тепло.

Все рассмотренные выше слои Солнца фактически не наблюдаемы. Об их существовании известно либо из теоретических расчетов, либо на основании косвенных данных. Над конвективной зоной располагаются непосредственно наблюдаемые слои Солнца, называемые его атмосферой. Они лучше изучены, так как об их свойствах можно судить из наблюдений.

Солнечная атмосфера также состоит из нескольких различных слоев. Самый глубокий и тонкий из них — фотосфера, непосредственно наблюдаемая в видимом непрерывном спектре. Фотосфера — «светящаяся сфера» Солнца — самый нижний слой его атмосферы, излучающий львиную долю поступающей от Солнца энергии. Толщина фотосферы около 300 км. Чем глубже слои фотосферы, тем они горячее. Во внешних, более холодных слоях фотосферы на фоне непрерывного спектра образуются фраунгоферовы линии поглощения.

Исследование фраунгоферовых линий позволяет определить химический состав атмосферы Солнца. На Солнце обнаружено более 70 химических элементов. Никаких «неземных» элементов Солнце не содержит. Самые распространенные элементы на Солнце — водород (около 70% всей массы Солнца) и гелий (29%).

Во время наибольшего спокойствия земной атмосферы в телескоп можно наблюдать характерную зернистую структуру фотосферы. Чередование маленьких светлых пятнышек — гранул — размером около 1000 км, окруженных темными промежутками, создает впечатление ячеистой структуры — грануляции. Возникновение грануляции связано с происходящей под фотосферой конвекцией. Отдельные гранулы на несколько сотен градусов горячее окружающего их газа, и в течение нескольких минут их распределение по диску Солнца меняется. Спектральные изменения свидетельствуют о движении газа в гранулах, похожих на конвективные: в гранулах газ поднимается, а между ними — опускается.

Эти движения газов порождают в солнечной атмосфере акустические волны, подобные звуковым волнам в воздухе.

Распространяясь в верхние слои солнечной атмосферы, волны, возникшие в конвективной зоне и в фотосфере, передают им часть механической энергии конвективных движений и производят нагревание газов последующих слоев атмосферы Солнца — хромосферы и короны. В результате верхние слои фотосферы с температурой около 4500 К оказываются самыми «холодными» на Солнце. Как вглубь, так и вверх от них температура газов быстро растет.

Расположенный над фотосферой слой, называемый хромосферой, во время полных солнечных затмений в те минуты, когда Луна полностью закрывает фотосферу, виден как розовое кольцо, окружающее темный диск. На краю хромосферы наблюдаются выступающие как бы язычки пламени — хромосферные спикулы, представляющие собою вытянутые столбики из уплотненного газа. Тогда же можно наблюдать и спектр хромосферы, так называемый спектр вспышки. Он состоит из ярких эмиссионных линий водорода, гелия, ионизованного кальция и других элементов, которые внезапно вспыхивают во время полной фазы затмения. Выделяя излучение Солнца в этих линиях, можно получить в них его изображение. В приложении приведена фотография участка Солнца, полученная в лучах водорода (красная спектральная линия с длиной волн 656,3 нм). Для излучения в этой длине волны хромосферы непрозрачна, а потому излучение глубже расположенной фотосферы на снимке отсутствует.

Хромосфера отличается от фотосферы значительно более неправильной неоднородной структурой. Заметно два типа неоднородностей — яркие и темные. По своим размерам они превышают фотосферные гранулы. В целом распределение неоднородностей образует так называемую хромосферную сетку, особенно хорошо заметную в линии ионизованного кальция. Как и грануляция, она является следствием движений газов в подфотосферной конвективной зоне, только происходящих в более крупных масштабах. Температура в хромосфере быстро растет, достигая в верхних ее слоях десятков тысяч градусов.

Самая внешняя и очень разреженная часть солнечной атмосферы — корона, прослеживающаяся от солнечного лимба до расстояний в десятки солнечных радиусов. Она имеет температуру около миллиона градусов. Корону можно видеть только во время полного солнечного затмения либо с помощью коронографа.

Вся солнечная атмосфера постоянно колеблется. В ней распространяются как вертикальные, так и горизонтальные волны с длинами в несколько тысяч километров. Колебания носят резонансный характер и происходят с периодом около 5 мин.

В возникновении явлений, происходящих на Солнце, большую роль играют магнитные поля. Вещество на Солнце всюду представляет собой намагниченную плазму. Иногда в отдельных областях напряженность магнитного поля быстро и сильно возрастает. Этот процесс сопровождается возникновением целого комплекса явлений солнечной активности в различных слоях солнечной атмосферы. К ним относятся факелы и пятна в фотосфере, флоккулы в хромосфере, протуберанцы в короне. Наиболее замечательным явлением, охватывающим все слои солнечной атмосферы и зарождающимся в хромосфере, являются солнечные вспышки.

В ходе наблюдений ученые выяснили, что Солнце — мощный источник радиоизлучения. В межпланетное пространство проникают радиоволны, которые излучает хромосфера (сантиметровые волны) и корона (дециметровые и метровые волны).

Радиоизлучение Солнца имеет две составляющие — постоянную и переменную (всплески, «шумовые бури»). Во время сильных солнечных вспышек радиоизлучение Солнца возрастает в тысячи и даже миллионы раз по сравнению с радиоизлучением спокойного Солнца. Это радиоизлучение имеет нетепловую природу.

Рентгеновские лучи исходят в основном от верхних слоев хромосферы и короны. Особенно сильным излучение бывает в годы максимума солнечной активности.

Солнце излучает не только свет, тепло и все другие виды электромагнитного излучения. Оно также является источником постоянного потока частиц — корпускул. Нейтрино, электроны, протоны, альфа-частицы, а также более тяжелые атомные ядра все вместе составляют корпускулярное излучение Солнца. Значительная часть этого излучения представляет собой более или менее непрерывное истечение плазмы — солнечный ветер, являющийся продолжением внешних слоев солнечной атмосферы — солнечной короны. На фоне этого постоянно дующего плазменного ветра отдельные области на Солнце являются источниками более направленных, усиленных, так называемых корпускулярных потоков. Скорее всего они связаны с особыми областями солнечной короны — коронарными дырами, а также, возможно, с долгоживущими активными областями на Солнце. Наконец, с солнечными вспышками связаны наиболее мощные кратковременные потоки частиц, главным образом электронов и протонов. В результате наиболее мощных вспышек частицы могут приобретать скорости, составляющие заметную долю скорости света. Частицы с такими большими энергиями называются солнечными космическими лучами.

Солнечное корпускулярное излучение оказывает сильное влияние на Землю, и прежде всего на верхние слои ее атмосферы и магнитное поле, вызывая множество интересных геофизических явлений.

Приборы наблюдения за Солнцем

Для наблюдений Солнца используются специальные инструменты, называемые солнечными телескопами. Мощность излучения, приходящего от Солнца, в сотни миллиардов раз больше, чем от самых ярких звезд, поэтому в солнечных телескопах используют объективы с диаметрами не более метра, но и в этом случае большое количество света позволяет использовать сильное увеличение и работать, таким образом, с изображениями Солнца диаметром до 1 м. Для этого телескоп должен быть длиннофокусным. У крупнейших солнечных телескопов фокусное расстояние объективов достигает сотни метров. Такие длинные инструменты невозможно монтировать на параллактических установках, и обычно их делают неподвижными. Чтобы направить лучи Солнца в неподвижно расположенный солнечный телескоп, пользуются системой двух зеркал, одно из которых неподвижно, а второе, называемое целостатом, вращается так, чтобы скомпенсировать видимое суточное перемещение Солнца по небу. Сам телескоп располагают либо вертикально (башенный солнечный телескоп), либо горизонтально (горизонтальный солнечный телескоп). Удобство неподвижного расположения телескопа заключается еще и в том, что можно использовать большие приборы для анализа солнечного излучения (спектрографы, увеличительные камеры, различного типа светофильтры).

Помимо башенных и горизонтальных телескопов для наблюдений Солнца могут быть использованы обычные небольшие телескопы с диаметром объектива не более 20-40 см. Они должны быть снабжены специальными увеличительными системами, светофильтрами и камерами с затворами, обеспечивающими короткие экспозиции.

Для наблюдения солнечной короны применяют коронограф, позволяющий выделять слабое излучение короны на фоне яркого околосолнечного ореола, вызванного рассеянием фотосферного света в земной атмосфере. По своей сути это обычный рефрактор, в котором рассеянный свет сильно ослабляется благодаря тщательному подбору высококачественных сортов стекла, высокому классу их обработки, специальной оптической схеме, устраняющей большую часть рассеянного света, и применению узкополосных светофильтров.

Для изучения солнечного спектра помимо обычных спектрографов широко используются специальные приборы — спектрогелиографы и спектрогелиоскопы, позволяющие получить монохроматическое изображение Солнца в любой длине волны.

Солнечное излучение и влияние его на Землю

Из общего количества энергии, излучаемой Солнцем в межпланетное пространство, границ земной атмосферы достигает лишь 1/2000000000 часть. Примерно треть солнечного излучения, падающего на Землю, отражается ею и рассеивается в межпланетном пространстве. Много солнечной энергии идет на нагревание земной атмосферы, океанов и суши. Но и остающаяся Доля обеспечивает существование жизни на Земле.

В будущем люди обязательно научатся непосредственно превращать солнечную энергию в другие виды энергии. Уже применяются в народном хозяйстве простейшие гелиотехнические установки: различные типы солнечных теплиц, парников, опреснителей, водонагревателей, сушилок. Солнечные лучи, собранные в фокусе вогнутого зеркала, плавят самые тугоплавкие металлы. Ведутся работы по созданию солнечных электростанций, по использованию солнечной энергии для отопления домов и опреснения морской воды. Практическое применение находят полупроводниковые солнечные батареи, непосредственно превращающие энергию Солнца в электрическую энергию. Наряду с химическими источниками тока солнечные батареи используются, например, на искусственных спутниках Земли и космических ракетах. Все это лишь первые успехи гелиотехники.

Ультрафиолетовые и рентгеновские лучи исходят в основном от верхних слоев хромосферы и короны. Это удалось доказать, запуская ракеты с приборами во время солнечных затмений. Очень горячая солнечная атмосфера всегда является источником невидимого коротковолнового излучения, но особенно мощным оно бывает в годы максимума солнечной активности. В это время ультрафиолетовое излучение возрастает примерно в два раза, а рентгеновское — в десятки и даже сотни раз по сравнению с излучением в годы минимума. Интенсивность коротковолнового излучения изменяется также ото дня ко дню, резко возрастая, когда в хромосфере Солнца происходят вспышки.

Коротковолновое излучение Солнца оказывает влияние на процессы, происходящие в атмосфере Земли. Так, например, ультрафиолетовые и рентгеновские лучи частично ионизуют слои воздуха, образуя слой земной атмосферы — ионосферу. Ионосфера играет важную роль в осуществлении дальней радиосвязи: радиоволны, идущие от радиопередатчика, прежде чем достичь антенны приемника, многократно отражаются от ионосферы и от поверхности Земли. Состояние ионосферы меняется в зависимости от условий освещения ее Солнцем и от происходящих на Солнце явлений. Поэтому для обеспечения устойчивой радиосвязи приходится учитывать время суток, время года и состояние солнечной активности. Во время наиболее мощных вспышек на Солнце число ионизованных атомов в ионосфере возрастает и радиоволны частично или полностью поглощаются ею. Это приводит к ухудшению или даже к временному прекращению радиосвязи.

Систематическое исследование радиоизлучения Солнца началось только после второй мировой войны, когда выяснилось, что Солнце — мощный источник радиоизлучения. В межпланетное пространство проникают радиоволны, которые излучает хромосфера (сантиметровые волны) и корона (дециметровые и метровые волны) — они и достигают Земли.

Радиоизлучение Солнца имеет две составляющие — постоянную, почти не меняющуюся, и переменную, спорадическую (всплески, «шумовые бури»). Радиоизлучение «спокойного» Солнца объясняется тем, что горячая солнечная плазма всегда излучает радиоволны наряду с электромагнитными колебаниями других длин волн (тепловое радиоизлучение). Во время больших хромосферных вспышек радиоизлучение Солнца возрастает в тысячи и даже миллионы раз по сравнению с радиоизлучением спокойного Солнца. Это радиоизлучение, порожденное быстропротекающими нестационарными процессами, имеет нетепловую природу.

Ряд геофизических явлений (магнитные бури, т. е. кратковременные изменения магнитного поля Земли, полярные сияния и др.) вызван солнечной активностью. Но эти явления происходят не ранее чем через сутки после вспышек на Солнце. Вызываются они не электромагнитным излучением, доходящим до Земли через 8,3 мин, а изверженными корпускулами, которые с опозданием проникают в околоземное пространство.

Корпускулы испускаются Солнцем и тогда, когда на нем нет вспышек и пятен. Непрерывно расширяющаяся корона создает солнечный ветер, охватывающий движущиеся вблизи Солнца планеты и кометы. Вспышки сопровождаются «порывами» солнечного ветра. Эксперименты на космических ракетах и искусственных спутниках Земли позволили непосредственно обнаружить солнечные корпускулы в межпланетном пространстве.

Во время вспышек в межпланетное пространство проникают не только корпускулы, но и магнитное поле — все это определяет «обстановку» в околоземном космическом пространстве. Так, например, солнечный ветер деформирует геомагнитное поле, сжимает его и локализует в пространстве; корпускулы заполняют радиационный пояс. С проникновением корпускул в земную атмосферу связаны полярные сияния. После вспышек на Солнце на Земле происходят магнитные бури. Так, после вспышки 4 августа 1972 г. произошла сильная магнитная буря, нарушившая радиосвязь на коротких волнах, наблюдались полярные сияния и резкое снижение уровня космических лучей, которые шли к нам из глубин Галактики и которым преградили путь изверженные Солнцем плазменные потоки (эффект Форбуша).

Проблема «Солнце — Земля», связывающая солнечную активность с ее воздействием на Землю, находится на стыке нескольких важнейших для человечества наук — астрономии, геофизики, биологии, медицины.

Некоторые части этой комплексной проблемы исследуются уже несколько десятилетий, например ионосферные проявления солнечной активности. Здесь удалось не только накопить множество фактов, но и обнаружить закономерности, имеющие большое значение для осуществления бесперебойной радиосвязи (выбор рабочих частот радиосвязи и прогнозы условий радиосвязи).

Давно известно, что колебания магнитной стрелки во время магнитной бури особенно заметны в дневное время и имеют наибольшую амплитуду, иногда достигающую нескольких градусов, в периоды максимума солнечной активности. Хорошо известно и то, что магнитные бури обычно сопровождаются свечением верхних слоев атмосферы. Это полярные сияния — одно из красивейших явлений природы. Необычайная игра красок, внезапная смена спокойного свечения стремительным перемещением дуг, полос и лучей, образующих то гигантские шатры, то величественные занавесы, издавна привлекала к себе людей. Полярные сияния, как правило, наблюдаются в полярных областях земного шара. Но иногда в годы максимумов солнечной активности их можно наблюдать и в средних широтах. В полярных сияниях преобладают два цвета: зеленый и красный. Окраска полярных сияний обусловлена излучением атомов кислорода. Существует связь между явлениями на Солнце и процессами в нижних слоях земной атмосферы. Солнечное излучение воздействует на тропосферу. Выяснение механизма этого воздействия необходимо для метеорологии.

В последнее время все большее внимание ученых привлекают разнообразные явления в биосфере, которые, как показывают наблюдения, связаны с солнечной активностью. Так, биологи отмечают, что в течение 11-летнего цикла солнечной активности происходят изменения в приросте лесонасаждений, условиях существования отдельных видов животных, птиц, насекомых. Врачи заметили, что в годы максимума солнечной активности заметно обостряются некоторые сердечно-сосудистые заболевания и нервные заболевания. Это, в частности, связывается с обнаруженным влиянием геомагнитного поля на различные коллоидные системы, включая кровь человека. Изучение подобных солнечно-земных связей только начинается.

Чтобы всесторонне исследовать явления, происходящие на Солнце, проводятся систематические наблюдения Солнца на многочисленных обсерваториях. Изучение воздействия Солнца на Землю требует объединения усилий ученых многих стран.

Заключение

Солнце является типичной звездой, одной из 100 000 000 000 звезд в нашей Галактике. Спектральный класс Солнца G2V, на диаграмме Герцшпрунга-Рессела оно находится ближе к холодному концу главной последовательности, и относится к классу желтых карликов.

Солнце – центральное светило нашей планетной системы, и физические процессы, протекающие в нем, в значительной степени определяют также физику планет, по крайней мере, ближайших к Солнцу. Среднее расстояние от Земли до Солнца – 150 миллионов километров – свет проходит его за 8 минут.

Имея диаметр почти 1 392 000 км ( примерно в 109 раз больше диаметра Земли) и массу 1.9891х1030кг (это составляет 98% массы солнечной системы), Солнце является мощным источником энергии- источником всей жизни на Земле.

В настоящее время примерно половина водорода в ядре уже выгорела в термоядерных реакциях. Солнце в целом на 92,1% состоит из водорода, 7,8% составляет гелий и 0,01% приходится на углерод, железо и другие элементы. Каждую секунду 700 млрд тонн водорода сгорает на Солнце. Несмотря на такую огромную скорость потерь, энергии Солнца хватит еще на 5 млрд лет такой жизни (примерно столько же лет Солнцу от рождения). Закончит свою жизнь Солнце белым карликом.

Средняя плотность кипящего плазменного шара, которым является Солнце, раза в 4 меньше плотности Земли. Фотону требуется миллион лет, чтобы добраться от ядра Солнца до его поверхности. Сначала энергия передается излучением – примерно 70% пути. Затем начинает работать конвекция- процесс, напоминающий кипение. За конвективной зоной следует слой атмосферы Солнца, называемый фотосферой – это поверхность Солнца, которую мы видим. Толщина фотосферы очень маленькая - ~350 км- это около 1/200 радиуса Солнца. Располагающиеся над фотосферой хромосфера и корона практически свободно пропускают непрерывное излучение фотосферы. В первом приближении можно считать, что фотосфера испускает непрерывное тепловое излучение как абсолютно черное тело с температурой 6000К. Практически вся энергия излучения Солнца заключена в излучении фотосферы, приходящемся на интервал длин волн от 1500 А до 0,5 см. В видимой области спектра излучение Солнца почти не зависит от cолнечной активности – наличия на фотосфере пятен и т.д. Количество энергии, приносимой солнечными лучами за 1 мин на площадку в 1 см2, расположенную вне земной атмосферы на среднем расстоянии от Земли до Солнца, называют солнечной постоянной, ее значение равно 1,4х103 вт/м2. Отсюда можно посчитать, что светимость Солнца равна 3,86х1026 Ватт. Звезды типа Солнца – стационарные звезды с термоядерным источником энергии – не меняют своей светимости в течение многих миллионов лет. Все же следует заметить, что изменения солнечной постоянной могут составлять доли процента в зависимости от солнечной активности.

До изобретения радио и запуска космических телескопов, которые позволили наблюдателям освоить всю шкалу электромагнитных волн, от самого жесткого гамма излучения, рентгена и ультрафиолета до метровых радиоволн, единственным свидетельством переменности солнечной активности было изменение количества пятен на фотосфере – оно меняется с периодом в 11 лет.

В настоящее время Солнце находится на пике активности.

На самом деле полный магнитный цикл Солнца составляет 22 года – за это время происходит полная переполюсовка магнитного поля Солнца, и пятна, которые представляют собой места выхода магнитного поля из-под фотосферы, возвращаются на свои места.

1. Левитан Е. П. Астрофизика – школьникам. Пособие для учащихся. М.: «Просвещение», 1977.

2. Струве О., Линдс Б., Пилланс Э. Элементарная астрономия. Пер. с англ. И. С. Щербиной-Самойловой /Под ред. и с дополнениями проф. С. А. Каплана. М.: Издательство «Наука», 1964.

3. Энциклопедический словарь юного астронома /Сост. Н. П. Ерпылев. – М.: Педагогика, 1986.

4. http://astro.physfac.bspu.secna.ru/teacher/sun.html

5. http://www.solnce.info/

diplomba.ru

Сколько излучает солнце тепла и света в мировое пространство

Солнце испускает в холодное мировое пространство колоссальное количество тепла и света. Количество тепла и света, излучаемого с каждого квадратного метра солнечной поверхности, соответствует тому количеству, которое может дать миллион электрических лампочек, получающих питание от электростанции мощностью в 80 тысяч лошадиных сил.

Количество же энергии, ежесуточно излучаемой со всей поверхности Солнца, исключительно велико. Для получения такого количества энергии на Земле пришлось бы ежесуточно сжигать в топках электростанций такие колоссальные массы каменного угля, которые во много раз превышают запасы этого вида топлива на всём земном шаре.

Подсчитано, что ежеминутно со всей поверхности Солнца излучается в мировое пространство более пяти квадриллионов (квадриллион равен тысяче тысяч миллиардов) больших калорий тепла (большой калорией называют количество тепла, необходимое для нагрева одного килограмма воды на один градус). Теряя лучистую энергию, Солнце уменьшается в своей массе. Подсчитано, что каждую секунду Солнце уменьшается в весе больше чем на четыре миллиона тонн!

Но если каждое мгновение Солнце так много теряет в своей массе, то спрашивается: надолго ли хватит при этом нашего Солнца? Опыт показывает, что какие-либо опасения на этот счёт напрасны. За многие тысячи лет интенсивность солнечного излучения почти не изменилась. Если бы сила излучения Солнца уменьшилась хотя бы в два раза, то температура на поверхности нашей планеты понизилась бы значительно ниже нуля, что привело бы к гибели животного и растительного мира.

Масса Солнца так велика, что потеря её за счёт излучения (казалось бы, и очень значительная) ничтожно мала для Солнца. Учёные подсчитали, что ещё многие миллиарды лет Солнце будет с такой же неослабной силой обогревать и освещать нашу планету.