СОЛНЦЕ БЛИЖАЙШАЯ К НАМ ЗВЕЗДА
Работу выполнила:
Борисюкова Валентина
Анатольевна,
ученица 10 класса
муниципального казенного
общеобразовательного
учреждения « Бахчисарайская
средняя общеобразовательная
школа № 2» города Бахчисарай
Научный руководитель:
Зиядтнова Лутфия Дарвиновна,
учитель физики
муниципального казенного
общеобразовательного
учреждения « Бахчисарайская
средняя общеобразовательная
школа № 2» города Бахчисарай
г. Бахчисарай – 2015
СОДЕРЖАНИЕ
Введение 3
Строение Солнца 4
Солнечная активность 6
Число Вольфа 8
Заключение 12
Приложение 14
Литература 23
ВВЕДЕНИЕ
Глядя на ночное небо, мы видим очень много звезд. Чаще всего мы говорим «далекие звезды», хотя рядом с нами находится настоящая звезда – Солнце. С точки зрения астрономов, она не представляет собой ничего выдающегося. Рядовая звезда средних размеров. И всё-таки Солнце - звезда особая, в её планетной системе есть жизнь. Существование жизни на Земле можно объяснить, тем, что Земля находится от Солнца на таком расстоянии, что получает света и тепла ровно столько, сколько необходимо для зарождения жизни. Кроме света и тепла Земля получает поток различных излучений, которые могут оказать вредное воздействие. Я считаю, что моя тема актуальна, т. к. зная больше о Солнце и о том, что с ним происходит, мы можем защитить себя. Чем больше мы знаем о Солнце, тем легче узнать, что происходит на других звездах. Это поможет нам лучше понять Вселенную, в которой мы живем, и узнать будущее нашей звезды.
Объект исследования: Солнце
Предмет исследования: активность Солнца
Цель исследования:
- изучить строение Солнца;
- определить диаметры солнечных пятен.
Задачи:
- изучить метод оценки уровня активности Солнца;
- сопоставить пики солнечной активности в разные периоды времени.
Метод исследования:
изучение литературных источников, фотографий Солнца, научно-популярных фильмов по астрономии и информации из сети Internet.
СТРОЕНИЕ СОЛНЦА
Масса Солнца в 333 000 раз больше массы Земли (1.98892 Ч 1030 кг)
Температура на поверхности Солнца около 60000С, в центре (в ядре) – 150000000С. При такой температуре происходят химические реакции (их называют термоядерными), в которых водород превращается в гелий, при этом выделяется большое количество тепла, света. Водород является основой строения любой звезды.
Диаметр Солнца составляет 109 диаметров Земли.
Солнце поставляет ежесекундно на каждый квадратный метр площади Земли 1,35 кВт энергии – столько же, сколько могут обеспечить нам все запасы угля, нефти и газа, расходованные за неделю [7]
Солнце состоит примерно из 75% водорода и 25% гелия. Количество
водорода уменьшается, он превращается в гелий.
Ядро («сердце звезды» - зона термоядерных реакций) – центр звезды (1), которая составляет 1/3 радиуса Солнца. Ядро вращается как сплошное твердое тело, делая один оборот за 22-23 суток.
Зона лучистого переноса (2) (расстояния от 1/3 до 2/3 радиуса Солнца). Через эту область вся энергия, которая выделяется в ядре выходит наружу и попадает в следующую зону - зону конвекции (3).Эта зона составляет 0,29 радиуса Солнца и распространяется почти до самой видимой поверхности Солнца. В зоне конвекции солнечное вещество «кипит» и постоянно перемешивается, более горячие слои подымаются вверх. Выше расположена атмосфера Солнца, которая состоит из фотосферы, солнечной короны.
Фотосфера (4) – это та поверхность Солнца, которую мы видим. Она напоминает кипящую рисовую кашу, её структура похожа на большие бугорки с темной каймой вокруг. Астрономы много раз фотографировали эти структуры и назвали их гранулами. В начале ХХ века в Пулковской обсерватории установили, что в среднем гранулы могут жить около 5 минут. Потом гранула рассыпается, и вместо неё появляется другая гранула. Грануляция - это следствие того что в конвективной зоне газы находятся в постоянном движение.
Установлено, что чем дальше от центра Солнца, тем температура фотосферы становится ниже. В некоторых частях фотосферы температура уменьшается до 4000 К и создаётся контраст с окружающей сильно нагретой поверхностью. Эта разница температур в частях фотосферы нам кажется темным пятном. Эти пятна назвали солнечными пятнами (7). На краю солнечного диска рядом с пятнами возникают яркие вспышки – факелы (9).
Следующая часть солнечной атмосферы называется хромосферой (5). Здесь атомы водорода превращаются в ионы, образуется гелий и другие газы. Хромосферу мы можем увидеть во время полного солнечного затмения. Она в виде сияющего ободка расположена вокруг черного диска Луны. Над хромосферой находится солнечная корона и «облака» розового цвета – протуберанцы (8). Внешняя часть солнечной атмосферы, имеющая наименьшую плотность, называется солнечной короной (10). Газ, из которого состоит корона, испаряется и образует солнечный ветер [4]
СОЛНЕЧНАЯ АКТИВНОСТЬ
В XVII в были обнаружены темные пятна на Солнце. Самые большие пятна можно увидеть невооруженным глазом при восходе и заходе Солнца или при наблюдениях сквозь туман. Число и форма пятен постоянно меняется, они почти не образуются на полюсах и на экваторе Солнца. Пятна могут исчезать и появляться, их размеры и форма не постоянны. Чаще всего пятна возникают группами или парами.
Размеры некоторых солнечных пятен соизмеримы с размером Земли. Прежде чем на Солнце появится пятно, рождается факел – это самая яркая часть фотосферы. Только потом в области факела возникают темные промежутки. Увеличиваясь, они объединяются друг с другом, и образуется пятно. Пятна и газ вокруг них вращаются с разными скоростями (пятна вращаются быстрее) [1]
Природа Солнечных пятен до конца не изучена, но известно, что прежде чем в фотосфере образуется пятно, на месте его образования возникает мощное магнитное поле, оно связывает несколько пятен, т. е. является замкнутым. Температура пятен на 1500-2000 К ниже окружающей фотосферы.
Рядом с пятнами иногда видна яркая вспышка и за 10-15 минут яркость хромосферы резко увеличивается и происходит выброс газов – этот процесс называется вспышкой.
Мощность солнечного радиоизлучения при этом увеличивается в миллионы раз (происходит всплеск радиоизлучения) [4] Предположительно причиной появления вспышек считается быстрое изменение направления магнитных полей. В этих областях выделяется около половины общей магнитной энергии. Колоссальная энергия магнитных полей при выбросе напоминает взрыв, но этот взрыв продолжается иногда несколько минут или сутки.
Следующим проявлением активности Солнца являются протуберанцы. Протуберанцы – это красивые облака с большей плотностью, чем вещество короны. Эти образования имеют разные формы, размеры. Возникновение протуберанцев зависит от вспышек на Солнце и от проявления пятен. Чаще всего после вспышки возникают протуберанцы, которые имеют вид красивых, причудливых дуг, огромных петель, которые могут существовать несколько дней или месяц. Некоторые протуберанцы спокойные и живут долго, плавают над Солнцем, как облака. Эти облака имеют форму занавесок, воронок, спокойных волокон. Такие протуберанцы могут жить месяцами.
Есть протуберанца, которые живут очень короткое время и похожи на струи газа. Скорость этих газов достигает двух тысяч километров в секунду.
ЧИСЛО ВОЛЬФА
Активность Солнца определяется количеством пятен, факелов, и развитостью протуберанцев которые проявляются в хромосфере, размерами и строением короны, а также интенсивностями электромагнитного излучения Солнца и потока частиц движущихся от него. Величина активности Солнца повторяется с периодом 11 лет, и объяснить, почему это происходит так, ученые пока не могут.
Для характеристики активности Солнца используют число Вольфа, которое равно сумме общего количества пятен - f и удесятеренного количества групп пятен – g
W = k (f +10g), k =1
Эта формула подсчета солнечной активности была предложена в середине XVIII века швейцарским астрономом Вольфом. По числу Вольфа строят график зависимости солнечной активности от периода наблюдений (дни, месяцы) [8] Строятся графики по десятилетиям [5] Рис.3.1 Диаграмма активности Солнца по десятилетиям 
Как мы видим, из этих графиков наибольшая активности Солнца была в 1960 году, а наименьшая солнечная активности была в 1805 году.
В годы высокой солнечной активности число пятен возрастает, а в годы минимума активности пятен становится меньше.
Определять точно, сколько пятен на Солнце очень сложно, ведь пятна могут располагаться очень близко и могут сливаться.
Большое число Вольфа (больше пятен), говорит о том, что выше будет поток излучения от Солнца.
Для определения активности Солнца я использовала фотографии звезды, сделанные 10.08.15г, 10.09.15г, 10.10.15г и 10.11.15г, фотографии получены инструментом HMI на борту спутника SDO. (Приложение 1)
На фотографии от 10.08.15 видны 4 группы пятен. В первой группе видно 1 пятно, во второй – 1пятно, в третьей – 4 пятна, в четвёртой – 9 (Приложение 1)
На фотографии от 10.09.15г видны 2 группы пятен, в первой группе одно пятно, а во второй -8 полутеней, 1 пятно (Приложение 2)
10.10.15г на Солнце 1 группа, состоящая из одного пятна (Приложение3)
10.11.15г на Солнце видно 4 группы пятен. В первой группе 2 пятна. Во второй группе - 1 пятно, в третьей –3пятна. В четвертой группе – 1пятно (Приложение 4)
Используя эти данные можно вычислить число Вольфа с интервалом 1 месяц.
W = 1(15+10Ч4) =55 (в августе)
W =1(10+10Ч2) =30 (в сентябре)
W =1(1+10Ч1) =11(в октябре)
W = 1(7+10Ч4) =47 (в ноябре)
Таблица 3.1
Дата | Количество пятен | Количество групп | Число Вольфа |
10.08.15г 10.09.15г 10.10.15г 10.11.15г | 15 10 1 7 | 4 2 1 4 | 55 30 11 47 |
Используя эти параметры можно построить диаграмму активности Солнца за этот период времени (Приложение 5)
Как видно по диаграмме наибольшая активность была в августе, а наименьшая в ноябре месяце.
По фотографиям Солнца, я определила, какая доля солнечного диска покрыта пятнами. Используя специальную шкалу, определила примерный диаметр пятен в километрах и сравнила их с диаметром Земли [8] За сентябрь определила размер только двух пятен, не смогла определить размеры полутеней, т. к. не имею такой технической возможности.
Д с = 1390000 км – диаметр Солнца
Д з = 2004 км – диаметр Земли по экватору
Д п – диаметр пятна
Август. Д п /Д з = 31275км /2004 км = 15,6
Д п / Д с = 31275 км /1390000 км = 0,0225
Сентябрь. Д п /Д з =10425км /2004 км = 5,2
Д п / Д с = 10425 км /1390000 км = 0,0075
Октябрь Д п /Д з = 3475 км /2004 км = 1,7
Д п / Д с = 3475 км /1390000 км = 0,0025
Ноябрь Д п /Д з = 20850км /2004 км = 10,4
Д п / Д с = 20850км /1390000 км =0,015
Таблица 3.2
Дата | Примерный диаметр пятен, км | Сравнение с диаметром Земли Д п /Д з | Сравнение с диаметром Солнца Д п / Д с |
10.08.15 10.09.15г 10.10.15г 10.11.15г | 31275 10425 3475 20850 | 15,6 5,2 1.7 10,4 | 0,0225 0,0075 0,0025 0, 015 |
Как мы видим, что диаметр пятен в августе в 15,6 раза больше диаметра Земли и составляет 0,0225 части диаметра Солнца. В октябре диаметр пятен наименьший, он в 1,7 раза больше диаметра Земли и составляет 0,0225 части диаметра Солнца.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Конечно, мои результаты вычислений имеют большую погрешность, но даже по этим данным видно, как изменяются размеры солнечных пятен, а вместе с ним и активность Солнца.
Солнце излучает в открытый космос большое количество энергии. До Земли доходит очень маленькая часть этой энергии, но её достаточно для того чтобы на нашей планете возникла и существовала жизнь.
Многие процессы, происходящие на Солнце ещё не изучены, один из этих процессов-активность Солнца. Ученые установили, что бывают периоды, когда Солнце спокойное и на нём почти нет пятен.
Обобщая изученный материал, можно выделить факторы, которые говорят о солнечной активности:
активность Солнца характеризуется количеством и размерами пятен; активность Солнца выше при увеличении количества вспышек на Солнце; активность Солнца повышается с увеличением протуберанцев.Учёные всего мира наблюдают за Солнцем, тат как от его состояния зависят биологические процессы на Земле. Космонавты работают на околоземной орбите и для их безопасности необходимо так же знать о периодах активности Солнца.
Приложение 1
Фотография фотосферы Солнца 10.08.15г
|
Фотография фотосферы Солнца 10.08.15г
|
Приложение 2
Фотография фотосферы Солнца 10.09.15г
Фотография фотосферы Солнца 10.09.15г
Приложение 3
Фотография фотосферы Солнца 10.10.15г
Фотография фотосферы Солнца 10.10.15г
Приложение 4
Фотография фотосферы Солнца 10.11.15г
Фотография фотосферы Солнца 10.11.15г
Приложение 5
|
ЛИТЕРАТУРА
Л. Мухин «Мир астрономии» М., Молодая гвардия, 1987г С. Зигуненко «Робинзоны во Вселенной» М., Знание, 1995г «Земное эхо солнечных бурь» М., Мысль, 1976г «Астрономия» М., Просвещение, 1991г http://www. astronom2000.info/ http://www. moveinfo. ru/data/sun/actday Ш. Конноли «Большая школьная энциклопедия» М., Махаон, 2002г , «Наблюдения Солнца. Статистика солнечной активности» Симферополь, 2006г
