Світіння деяких шарів атмосфери. Власне свічення атмосфери. Швидкість польоту заряджених частинок Сонця
Полярне сяйво – це одне з численних чудес природи. Його можна спостерігати й у Росії. На півночі нашої країни проходить смуга, де полярні сяйва проявляють себе найчастіше та яскраво. Чудове видовище може охоплювати більшу частину небозводу.
Початок явища
Полярне сяйво починається з виникнення світлої смуги. Від неї відходять промені. Яскравість може зростати. Збільшується площа неба, охоплена чудовим явищем. Зростає і висота променів світла, що опускаються ближче до Землі.
Яскраві спалахи та переливи кольору захоплюють спостерігачів. Рухи хвиль світла заворожують. Це пов'язане з діяльністю Сонця – джерела світла та тепла.
Що це таке
Полярним сяйвом називають свічення верхніх розріджених шарів повітря, що швидко змінюється, в окремих ділянках нічного неба. Це, поруч із сходом сонця, іноді називають авророю. Вдень світлового шоу не видно, проте прилади фіксують потік заряджених частинок у будь-який час.
Причини полярного сяйва
Чудове природне явище виникає завдяки Сонцю та наявності атмосфери планети. Для утворення полярного сяйва також потрібна присутність геомагнітного поля.
Сонце постійно викидає із себе заряджені частинки. Спалах на Сонці - фактор, завдяки якому в космічний простір надходять електрони та протони. Вони летять з великою швидкістю у бік обертових планет. Таке явище називається сонячним вітром. Воно могло б бути небезпечним для всього живого на нашій планеті. Магнітне поле захищає від проникнення сонячного вітру. Воно відправляє заряджені частинки до полюсів планети, згідно з розташуванням силових ліній геомагнітного поля. Однак у разі потужніших спалахів на Сонці населення Землі спостерігає полярні сяйва і в помірних широтах. Таке відбувається, якщо магнітне поле не встигає відправити великий потік заряджених частинок до полюсів.
Сонячний вітер взаємодіє з молекулами та атомами атмосфери планети. Це викликає свічення. Чим більша кількість заряджених частинок долетіла до Землі, тим яскравіше виявляється свічення верхніх шарів атмосфери: термосфери та екзосфери. Іноді і до мезосфери – середнього шару атмосфери – доходять частки сонячного вітру.
Типи аврори
Види полярних сяйв різні і можуть плавно переходити один до одного. Спостерігаються світлові плями, промені та смуги, а також корони. Північне сяйво може бути майже нерухомим, що особливо заворожує спостерігачів.
Полярні сяйва Землі
На нашій планеті є досить сильне геомагнітне поле. Воно досить сильне, щоб постійно відправляти заряджені частинки у бік полюсів. Саме тому ми можемо спостерігати яскраве свічення на території смуги, де проходить ізохазму найчастіших полярних сяйв. Яскравість їх залежить від роботи геомагнітного поля.
Атмосфера нашої планети багата на різні хімічні елементи. Це пояснює різне забарвлення небесного свічення. Так, молекула кисню на висоті 80 кілометрів при взаємодії із зарядженою часткою сонячного вітру дає блідо-зелений колір. На висоті 300 кілометрів над Землею колір буде червоним. Молекула азоту виявляє синій чи яскраво-червоний колір. На фото полярного сяйва добре помітні смуги різного кольору.
Північні сяйва яскравіші, ніж південні. Тому що у бік північного магнітного полюса прагнуть протони. Вони важчі, ніж електрони, які несуть південному магнітному полюсу. Сяйво, що утворюється в результаті взаємодії протонів з молекулами атмосфери, виявляється дещо яскравішим.
Влаштування планети Земля
Звідки виникає геомагнітне поле, яке захищає все живе від згубного сонячного вітру і рухає заряджені частинки в сторони полюсів? Вчені вважають, що центр нашої планети наповнений залізом, яке розплавлено від високої температури. Тобто залізо рідке і постійно рухається. Від цього руху виникає електрика та магнітне поле планети. Однак у деяких частинах атмосфери магнітне поле з невідомих причин слабшає. Це відбувається, наприклад, над південною частиною Атлантичного океану. Тут лише третина магнітного поля від норми. Це турбує вчених, тому що поле продовжує слабшати і зараз. Фахівці підрахували, що за останні 150 років геомагнітне поле Землі ослабло ще на десять відсотків.
Область виникнення природного явища
Зони полярних сяйв немає чітких кордонів. Однак найбільш яскраві та часті ті, що проявляються кільцем біля полярного кола. У Північній півкулі можна провести лінію, на якій сяйва найсильніша: північна частина Норвегії – острови Нова Земля – півострів Таймир – північ Аляски – Канада – південь Гренландії. На цій широті – близько 67 градусів – полярні сяйва спостерігаються майже щоночі.
Найбільший пік явищ частіше припадає на 23:00. Найяскравішими та найтривалішими сяйва бувають у дні рівнодення та близькі до них дати.
Найчастіше сяйва виникають у областях магнітних аномалій. Тут вища їхня яскравість. Найбільша активність явища спостерігається біля Східно-Сибірської магнітної аномалії.
Висота виникнення свічення
Як правило, близько 90 відсотків усіх полярних сяйв виникає на висоті від 90 до 130 км. Реєстрували сяйва на висоті 60 кілометрів. Максимальна зареєстрована цифра – 1130 кілометрів від поверхні Землі. На різній висоті спостерігаються різні форми свічення.
Особливості природного явища
Цілий ряд непізнаних залежностей краси північного сяйва від деяких факторів відкрили спостерігачі та підтвердили вчені:
- Полярні сяйва, що виникають над морським простором, більш рухливі, ніж суші, що виявляються над територією.
- Менше свічення і над невеликими островами, а також над опрісненою водою, що навіть перебуває посеред морської гладі.
- Над береговою лінією явище спостерігається значно нижче. У бік суші, як і у бік океану, висота полярного сяйва зростає.
Швидкість польоту заряджених частинок Сонця
Відстань від Землі до Сонця – близько 150 мільйонів кілометрів. Світло сягає нашої планети за 8 хвилин. Сонячний вітер рухається повільніше. Від того моменту, як вчені помічають, має пройти більше доби, перш ніж почнеться полярне сяйво. 6 вересня 2017 року фахівці помітили потужний спалах на Сонці та попередили москвичів, що 8 вересня, можливо, північне сяйво буде помітним у столиці. Таким чином, прогноз вражаючого природного явища можливий, але лише за добу чи дві. У якому регіоні сяйво виявиться яскравішим, не може передбачити з точністю ніхто.
Що таке ізохазма
Фахівці проставили на карті земної поверхні крапки із позначками частоти виникнення полярних сяйв. З'єднали лініями пункти зі схожою частотою. Так вийшли ізохазми - лінії рівної частоти виникнення сяйв. Опишемо ще раз ізохазму найбільшої частоти, але спираючись на деякі інші об'єкти місцевості: Аляска - Велике Ведмеже озеро - Гудзонова затока - південь Гренландії - Ісландія - північ Норвегії - північ Сибіру.
Магнітний полюс Землі
Магнітний полюс Землі не збігається із географічним полюсом. Він знаходиться у північно-західній частині Гренландії. Тут північні сяйва трапляються набагато рідше, ніж у смузі найбільшої частоти явища: лише близько 5-10 разів у рік. Таким чином, якщо спостерігач знаходиться на північ від головної ізохазми, то сяйва він частіше бачить у південній стороні небосхилу. Якщо людина знаходиться на південь від цієї смуги, то полярне сяйво частіше проявляється на півночі. Це притаманно Північної півкулі. Для Південного – точно навпаки.
На території Північного географічного полюса полярні сяйва виникають близько 30 разів на рік. Висновок: не потрібно їхати в найсуворіші умови для насолоди природним явищем. У смузі головної ізохазми свічення повторюється майже кожну добу.
Чому північні сяйва іноді не мають кольору
Мандрівники іноді засмучуються, якщо їм не вдається застати кольорове світлове шоу під час свого перебування на півночі чи півдні. Люди часто можуть спостерігати лише свічення, яке не має кольору. Це відбувається через особливості природного явища. Справа в тому, що людське око не здатне вловлювати кольори при слабкому освітленні. У похмурій кімнаті ми бачимо всі предмети чорно-білими. Те саме відбувається і при спостереженні за природним явищем на небі: якщо воно недостатньо яскраве, то наші очі не будуть уловлювати кольори.
Фахівці вимірюють яскравість свічення у балах від одного до чотирьох. Кольоровими здаються лише три- та чотирибальні полярні сяйва. Четвертий ступінь близький за яскравістю до місячного світла в нічному небі.
Цикли сонячної активності
Виникнення полярного сяйва завжди пов'язане зі спалахами на Сонці. Раз на 11 років активність світила підвищується. Це завжди веде до збільшення інтенсивності сяйв.
Північне сяйво над планетами Сонячної системи
Не лише на нашій планеті з'являються сяйва. Полярні сяйва Землі яскраві та красиві, проте на Юпітері явища перевершують за яскравістю земні. Тому що магнітне поле планети-гіганта в кілька разів сильніше. Воно відправляє сонячний вітер у протилежні сторони ще продуктивніше. Весь світ накопичується на певних ділянках біля магнітних полюсів планети.
Супутники Юпітера впливають на полярне сяйво. Особливо Іо. За ним залишається яскраве світло, тому що природне явище слідує за напрямом розташування силових ліній магнітного поля. На фото – полярне сяйво в атмосфері планети Юпітер. Добре видно яскрава смуга, залишена супутником Іо.
На Сатурні, Урані, Нептуні також виявлено полярні сяйва. Тільки Венера майже не має свого магнітного поля. Сполохи світла, які від взаємодії сонячного вітру з атомами і молекулами атмосфери Венери, особливі. Вони покривають усю атмосферу планети цілком. Більше того, сонячний вітер сягає. Однак такі сяйва ніколи не бувають яскравими. Заряджені частинки сонячного вітру ніде не накопичуються у великій кількості. З космосу Венера при атаці заряджених частинок виглядає як куля, що слабо світиться.
Обурення геомагнітного поля
Сонячний вітер намагається пробити магнітосферу нашої планети. у цьому випадку не залишається спокійним. На ньому відбуваються обурення. Кожна людина володіє своїм електричним та магнітним полями. Саме на ці поля впливають обурення, що виникають. Це відчувають люди всієї планети, що особливо мають слабке здоров'я. Люди з міцним здоров'ям не помічають такого впливу. Під час атаки заряджених частинок у чутливих людей може боліти голова. Але саме сонячний вітер є необхідним чинником виникнення полярних сяйв.
Ставлення народів до природного явища
Зазвичай місцеві жителі пов'язували полярне сяйво із чимось не дуже добрим. Можливо, тому, що погано позначаються на самопочутті людей. Саме по собі сяйво не несе жодної небезпеки.
Жителі південніших областей, які не звикли до подібних явищ, відчували щось таємниче при виникненні світлих спалахів на небі.
Нині жителі поміркованих і південних широт прагнуть побачити це диво природи. Туристи їдуть на Північ або до Південного полярного кола. Вони не чекають, коли явище можна буде спостерігати на рідній широті.
Полярне сяйво - чарівне природне явище. Воно незвичайне для мешканців теплих регіонів та звичне для населення тундри. Часто трапляється, що для того, щоб дізнатися про щось нове, необхідно вирушити в подорож.
Міраж наддальнього бачення
Природа цих міражів вивчена найменше. Зрозуміло, що атмосфера має бути прозорою, вільною від водяної пари та забруднень. Але цього замало. Повинен утворитись стійкий шар охолодженого повітря на деякій висоті над поверхнею землі. Нижче і вище цього шару повітря має бути теплішим. Світловий промінь, що потрапив усередину щільного холодного шару повітря, ніби "замкненим" усередині нього і поширюється в ньому як за своєрідним світловодом. Траєкторія променя повинна бути постійно звернена опуклістю у бік менш щільних областей повітря.
Полярні сяйва
Полярне сяйво - світіння (люмінесценції) верхніх шарів атмосфер планет, що мають магнітосферу, внаслідок їх взаємодії із зарядженими частинками сонячного вітру.
В ескімоських та індійських легендах говориться, що це духи тварин танцюють у небі, або що це духи занепалих ворогів, які хочуть прокинутися знову.
У більшості випадків полярні сяйва мають зелений або синьо-зелений відтінок з плямами, що зрідка з'являються, або облямівкою рожевого або червоного кольору.
Полярні сяйва спостерігають у двох основних формах - у вигляді стрічок та у вигляді хмароподібних плям. Коли сяйво інтенсивне, воно набуває форми стрічок. Втрачаючи інтенсивність, воно перетворюється на плями. Однак багато стрічк зникають, не встигнувши розбитися на плями. Стрічки ніби висять у темному просторі неба, нагадуючи гігантську завісу або драпірування, що простяглося зазвичай зі сходу на захід на тисячі кілометрів. Висота цієї завіси становить кілька сотень кілометрів, товщина не перевищує кількох сотень метрів, причому вона така ніжна і прозора, що крізь неї видно зірки. Нижній край завіси досить різко і чітко окреслений і часто підфарбований в червоний або рожевий колір, що нагадує облямівку завіси, верхній - поступово губиться у висоті і це створює особливо ефектне враження глибини простору.
Розрізняють чотири типи полярних сяйв
Однорідна дуга - Смуга, що світиться, має найбільш просту, спокійну форму. Вона яскравіша знизу і поступово зникає вгору на тлі свічення неба;
Променева дуга - Стрічка стає дещо активнішою і рухливішою, вона утворює дрібні складки і цівки;
Променева смуга - зі зростанням активності більші складки накладаються на дрібні;
При підвищенні активності складки чи петлі розширюються до великих розмірів, нижній край стрічки яскраво сяє рожевим світінням. Коли активність спадає, складки зникають та стрічка повертається до однорідної форми. Це наводить на думку, що однорідна структура є основною формою полярного сяйва, а складки пов'язані зі зростанням активності.
Часто виникають сяйва іншого виду. Вони захоплюють весь полярний район та виявляються дуже інтенсивними. Відбуваються вони під час збільшення сонячної активності. Ці сяйва видаються у вигляді білувато-зеленої шапки. Такі сяйва називаютьшквалами.
За яскравістю сяйва поділяють на чотири класи, що відрізняються один від одного на один порядок (тобто в 10 разів). До першого класу відносяться сяйва, ледь помітні і приблизно рівні за яскравістю Чумацького Шляху, а сяйво четвертого класу висвітлюють Землю так яскраво, як повний Місяць.
Слід зазначити, що сяйво поширюється на захід зі швидкістю 1 км/сек. Верхні шари атмосфери в області спалахів сяйв розігріваються та спрямовуються вгору. Під час сяйв у атмосфері Землі виникають вихрові електричні струми, які захоплюють великі області. Вони збуджують додаткові нестійкі магнітні поля, звані магнітні бурі. Під час сяйв атмосфера випромінює рентгенівське проміння, яке, мабуть, є результатом гальмування електронів в атмосфері.
Інтенсивні спалахи сяйва часто супроводжуються звуками, що нагадують шум, тріск. Полярні сяйва викликають сильні зміни в іоносфері, що впливає на умови радіозв'язку. У більшості випадків радіозв'язок значно погіршується. Виникають сильні перешкоди, інколи ж повна втрата прийому.
Як виникають полярні сяйва
Земля є величезним магнітом, південний полюс якого знаходиться поблизу північного географічного полюса, а північний - поблизу південного. Силові лінії магнітного поля Землі, звані геомагнітними лініями, виходять з області, що прилягає до північного магнітного полюса Землі, охоплює земну кулю і входять до неї в області південного магнітного полюса, утворюючи тороїдальну решітку навколо Землі.
Довго вважалося, що розташування магнітних силових ліній симетричне щодо земної осі. Тепер з'ясувалося, що так званий «сонячний вітер» - потік протонів і електронів, випромінюваних Сонцем, налітають на геомагнітну оболонку Землі з висоти близько 20000 км, відтягує її назад, у бік Сонця, утворюючи у Землі своєрідний магнітний «хвіст».
Електрон або протон, що потрапили в магнітне поле Землі, рухаються по спіралі, ніби навиваючись на геомагнітну лінію. Електрони та протони, що потрапили із сонячного вітру в магнітне поле Землі, поділяються на дві частини. Частина їх уздовж магнітних силових ліній відразу стікає в полярні області Землі; інші потрапляють усередину тероїда і рухаються всередині нього, вздовж замкнутої кривої. Ці протони і електрони зрештою геомагнітними лініями також стікають в область полюсів, де виникає їх збільшена концентрація. Протони та електрони виробляють іонізацію та збудження атомів та молекул газів. Для цього вони мають достатньо енергії, тому що протони прилітають на Землю з енергіями 10000-20000 ев (1 ев = 1.6 10 дж), а електрони з енергіями 10-20 ев. Для іонізації атомів потрібно: для водню - 13,56 ев, для кисню - 13,56 ев, для азоту - 124,47 ев, а збудження ще менше.
Збуджені атоми газів віддають назад отриману енергію у вигляді світла, на зразок того, як це відбувається в трубках з розрідженим газом при пропусканні через них струмів.
Спектральне дослідження показує, що зелене та червоне світіння належить збудженим атомам кисню, інфрачервоне та фіолетове – іонізованим молекулам азоту. Деякі лінії випромінювання кисню та азоту утворюються на висоті 110 км, а червоне свічення кисню – на висоті 200-400 км. Іншим слабким джерелом червоного світла є атоми водню, що утворили у верхніх шарах атмосфери з протонів, що прилетіли з Сонця. Захопивши електрон, такий протон перетворюється на збуджений атом водню і випромінює червоне світло.
Спалах сяйв відбувається зазвичай через день-два після спалахів на Сонці. Це підтверджує зв'язок між цими явищами. Останнім часом вчені встановили, що полярні сяйва інтенсивніші біля берегів океанів і морів.
Полярні сяйва можуть бути як Землі, а й інших планетах.
Полярне сяйво на Сатурні, комбінований знімок в ультрафіолеті та видимому світлі (Hubble Space Telescope)
Але наукове пояснення всіх явищ, пов'язаних із полярними сяйвами, зустрічає низку труднощів. Наприклад, невідомий точно механізм прискорення частинок до зазначених енергій, не цілком зрозумілі їх траєкторії в навколоземному просторі, не все сходиться кількісно в енергетичному балансі іонізації та збудження частинок, не цілком зрозумілий механізм утворення свічення різних видів, неясно походження звуків.
Парад забобонів. Методичні аспекти
У шкільному курсі фізики оптичні атмосферні явища вивчаються обмаль і досить поверхово. Це пояснюється певною складністю матеріалу та порівняно невеликою кількістю годин фізики, передбаченою у середніх загальноосвітніх школах. Однак додаткове вивчення предмета все ж таки можливе на факультативних заняттях. При цьому велике значення відіграє наочність матеріалу та звернення до особистого досвіду учнів зі спостереження за тим чи іншим оптичним явищем (якщо йдеться про учнів середньої смуги Росії, то найчастіше це стосується спостереження кольору неба, у тому числі і при ранковій та вечірній зорі, веселки, рідше – вінців чи гало).
Вивчення оптичних явищ у шкільному курсі ускладнюється ще й тим, що не всі з них можна пояснити лише з погляду фізики. Іноді для пояснення доводиться вдаватися до інших наук (наприклад, щодо північного сяйва використовуються відомості з астрономії, яка викладається не в усіх школах).
Якщо справа стосується навчання у профільних філологічних класах, то тут більшу увагу слід приділяти не докладному розгляду фізичних причин виникнення того чи іншого оптичного явища, а пов'язаних з ними легенд і забобонів. Це саме стосується і учнів 7-их та 8-их класів.
У профільних фізико-математичних класах, навпаки, можливий найповніший і всебічний розгляд зазначених явищ.
Великий інтерес у учнів викликають також оптичні явища, які досі не отримали чіткого фізичного пояснення. Тут можна згадати про міражі наддальнього бачення, хрономіражі, міражі-слідовики та інші не зовсім наукові явища. Подібний матеріал найкраще розглянути у спеціально проведеному уроці-помилені, або якщо не дозволяє час, можна торкнутися його в рефераторній формі.
На сучасному етапі розвитку людства, нескладно пояснити, як виникають на небі хрести, що світяться, які і в наш вік лякають інших людей.
Наукове пояснення гало - яскравий приклад того, наскільки оманлива буває часом зовнішня форма будь-якого природного явища. Здається, щось украй загадкове, таємниче, але при докладнішому розгляді від «незрозумілого» не залишається й сліду.
Однак, на пошуки раціональних пояснень лякаючих оптичних явищ часом йшли роки, десятиліття і навіть століття. Сьогодні кожна людина, зацікавившись чимось, може заглянути у довідник, погортати підручник, поринути у вивчення спеціальної літератури. Але такі можливості у людства з'явилися зовсім недавно. Звичайно, в середні віки все було зовсім інакше. Адже тоді й таких знань ще не накопичили, і наукою займалися одинаки. Панівним світоглядом була релігія, а звичним світовідчуттям – віра.
Французький вчений К. Фламмаріон переглянув під цим кутом зору історичні хроніки. І ось що з'ясувалося: укладачі хронік анітрохи не сумнівалися у існуванні прямого причинного зв'язку між таємничими явищами природи та земними справами.
У 1118 році, за царювання короля англійського Генріха I, на небі з'явилися одночасно два повні місяця, один на заході, а інший на сході. Того ж року король переміг у битві.
В 1120 серед криваво-червоних хмар з'явилися хрест і людина, що складалися з полум'я. Усі чекали кінець світу, але справа скінчилася тільки громадянською війною.
В 1156 кілька годин поспіль блищали навколо сонця три райдужні кола, а коли вони зникли, виникли три сонця. Упорядник хроніки побачив у цьому явищі натяк на сварку короля з єпископом Кентерберійським в Англії та на руйнування після семирічної облоги Мілана в Італії.
Наступного року знову з'явилися три сонця, а посередині місяця було видно білий хрест; Зрозуміло, літописець це відразу пов'язав з розбратами, що супроводжували обрання нового папи римського.
У січні 1514 року у Вюртемберг було видно три сонця, з яких середнє більше бічних. У той же час на небі з'являлися закривавлені та палаючі мечі. У березні того ж року знову було видно три сонця і три місяці. Тоді ж турки були розбиті персами у Вірменії.
Найчастіше небесним явищам приписувалося погане значення.
У зв'язку з цим історія людства зафіксовано цікавий факт. 1551 року німецьке місто Магдебург було обложено військами іспанського короля Карла V. Стойко трималися захисники міста, вже більше року тривала облога. Нарешті роздратований король наказав готуватися до рішучої атаки. Але тут сталося небачене: за кілька годин до штурму над обложеним містом засяяли три сонці. Смертельно наляканий король вирішив, що Магдебург захищають небеса і наказав зняти облогу.
Щось подібне відоме і в Російській історії. Так, у«Слово про похід Ігорів»згадується, що перед настанням половців та полоненням Ігоря «чотири сонця засяяли над російською землею». Воїни сприйняли це як знак великої біди, що насувається.
В інших переказах повідомляється про те, що Іван Грозний побачив ознаку своєї смерті в «хресному знаменні на небі».
Чи були всі ці явища насправді - не так вже нам важливо. Важливо, що з їх допомогою на їх основі тлумачилися реальні історичні події; що люди дивилися тоді світ через призму своїх спотворених уявлень і тому бачили те, що хотіли бачити. Їхня фантазія часом не знала кордонів. Фламмаріон назвав неймовірні фантастичні картини, намальовані авторами хронік, «зразками артистичного перебільшення».
Хрономіражі
Хрономіражі – таємничі явища, які не отримали наукового пояснення. Жодними відомими законами фізики не можна пояснити, чому міражі можуть відображати події, що відбуваються на певній відстані не тільки у просторі, а й у часі. Особливу популярність здобули міражі битв і битв, що колись пройшли на землі. У листопаді 1956 року кілька туристів заночували у горах Шотландії. О третій годині ранку вони прокинулися від дивного шуму, виглянули з намету і побачили десятки шотландських стрільців у старовинній військовій формі, які, стріляючи, бігли через кам'янисте поле! Потім видіння зникло, не залишивши жодних слідів, але вже за добу повторилося. Шотландські стрілки, всі поранені, брели полем, спотикаючись об каміння.
І це не єдине свідчення такого явища. Так, знамениту битву при Ватерлоо (18 червня 1815 року) спостерігали через тиждень жителі бельгійського містечка Верв'є. Відстань від Ватерлоо до Верв'є по прямій лінії становить понад 100 км. Відомі випадки, коли подібні міражі спостерігалися на великих відстанях - до 1000 км.
За однією з теорій, при особливому збігу природних факторів зорова інформація відображається в часі та просторі. А за збігу певних атмосферних, погодних тощо. умов вона знову стає зримою для сторонніх спостерігачів.
Міражі - слідовики
Клас явищ, який також не отримав наукового обґрунтування. До нього відносять міражі, які після свого зникнення залишають матеріальні сліди. Відомо, що у березні 1997 р. з неба Англії падали свіжі зрілі горіхи. Висувають кілька пояснень природи виникнення цих слідів.
Перше – ці сліди немає до міражу безпосереднього отношения. "Після цього" - не означає "внаслідок цього". Найскладніше – встановлення загальної достовірності самих фактів подібних явищ.
Інше пояснення - різниця температурних шарів призводить до утворення вихрового ефекту, що засмоктує в атмосферу різне сміття. Рух повітряних потоків доставляє "поглинене" в область утворення міражу. Після вирівнювання температур "небесна картина" зникає, а сміття випадає на землю.
Важко говорити про достовірність таких явищ. Але певний «містичний» інтерес вони все ж таки викликають. А тому цілком можуть розглядатися на уроці-помилені.
Вивчаючи різні явища, пов'язані з проходженням світла у атмосфері, вчені використовують здобуті знання у розвиток науки. Так, спостереження вінців допомагає визначати величину кристаликів льоду та крапель води, з яких утворюються різні хмари. Спостереження вінців і гало дає можливість прогнозування погоди. Так, якщо вінець, що з'явився, поступово зменшується, можна очікувати опади. Збільшення вінців, навпаки, віщує настання сухої та малохмарної погоди.
Висновок
Фізична природа світла цікавила людей з незапам'ятних часів. Багато видатних учених, протягом усього розвитку наукової думки, билися над вирішенням цієї проблеми. Згодом, була відкрита і складність звичайного білого променя, і його здатність змінювати свою поведінку залежно від навколишнього середовища, та її вміння виявляти ознаки, властиві як речовинним елементам, і природі електромагнітних випромінювань. Світловий промінь, підданий різним технічним впливам, став застосовуватися в науці та техніці в діапазоні від ріжучого інструменту, здатного з точністю до мікрона обробити потрібну деталь, до невагомого каналу передачі інформації з практично невичерпними можливостями.
Але, перш ніж утвердився сучасний погляд на природу світла, і світловий промінь знайшов своє застосування в житті людини, було виявлено, описано, науково обгрунтовано та експериментально підтверджено багато оптичних явищ, що повсюдно виникають в атмосфері землі, від відомої кожному веселки, до складних, періодичних. міражів. Але, незважаючи на це, химерна гра світла завжди приваблювала і приваблює людину. Нікого не залишає байдужим ні споглядання зимового гало, ні яскравого сонячного заходу сонця, ні широкої, в підлогу неба, смуги північного сяйва, ні скромної місячної доріжки на водній гладіні. Світловий промінь, проходячи крізь атмосферу нашої планети, не просто висвітлює її, а й надає їй неповторного вигляду, роблячи прекрасною.
Звичайно, в атмосфері нашої планети відбувається значно більше оптичних явищ, ніж у цій курсовій роботі. Серед них є як добре знайомі нам і розгадані вченими, так і ті, які ще чекають на своїх першовідкривачів. І нам залишається лише сподіватися, що згодом ми станемо свідками нових і нових відкриттів у сфері оптичних атмосферних явищ, що свідчать про багатогранність звичайного світлового променя.
Список використаної літератури
Гершензон Є.М., Малов Н.М., Мансуров О.М. «Курс загальної фізики»
Корольов Ф.А. «Курс фізики» М., «Освіта» 1988
"Фізика 10", автори - Г. Я. Мякішев Б. Б. Буховцев, видавництво "Просвіта", Москва, 1987 рік.атмосфері ідеологічних чисток психотехніка фактично припинила... - зір) - суб'єктивні світлові явища(відчуття), що не мають характеру...
Земна атмосфера є газовою оболонкою планети. Нижня межа атмосфери проходить біля поверхні землі (гідросфера і земна кора), а верхня межа є область космічного простору, що стикається (122 км). У собі атмосфера містить багато різних елементів. Основні їх: 78% азот, 20% кисень, 1% аргон, вуглекислий газ, галій неону, водень тощо. Цікаві факти можна подивитися наприкінці статті або перейшовши по .
Атмосфера має чітко виражені прошарки повітря. Шари повітря відрізняються між собою температурою, різницею газів та їх щільністю та . Слід зазначити, що шари стратосфера та тропосфера захищають Землю від сонячної радіації. У найвищих шарах живий організм може отримати смертельну дозу ультрафіолетового сонячного спектру. Для швидкого переходу до потрібного шару атмосфери натисніть на відповідний шар:
Тропосфера та тропопауза
Тропосфера - температура, тиск, висота
Верхня межа тримається на позначці 8-10 км приблизно. У помірних широтах 16 - 18 км, а полярних 10 - 12 км. Тропосфера- Це нижній головний шар атмосфери. У цьому шарі знаходиться понад 80% усієї маси атмосферного повітря та близько 90% усієї водяної пари. Саме в тропосфері виникають конвекція та турбулентність, утворюються , відбуваються циклони. Температуразнижується зі зростанням висоти. Градієнт: 0,65°/100 м. Нагріта земля і вода нагрівають повітря, що додає. Нагріте повітря піднімається вгору, охолоджується та утворює хмари. Температура у верхніх межах шару може досягати 50/70 °C.
Саме в цьому прошарку відбуваються зміни кліматичних погодних умов. У нижній кордон тропосфери називають приземнимтому що він має багато летких мікроорганізмів і пилу. Швидкість вітру збільшується із збільшенням висоти у цьому шарі.
Тропопауза
Це перехідний шар тропосфери до стратосфери. Тут припиняється залежність зниження температури із підвищенням висоти. Тропопауза - мінімальна висота, де вертикальний градієнт температури падає до 0,2 ° C/100 м. Висота тропопаузи залежить від сильних кліматичних проявів, таких як циклони. Над циклонами висота тропопаузи знижується, а над антициклонами підвищується.
Стратосфера та Стратопауза
Висота шару стратосфери приблизно від 11 до 50 км. Є незначна зміна температури на висоті 11 — 25 км. На висоті 25-40 км спостерігається інверсіятемператури від 56,5 піднімається до 0,8°C. Від 40 км до 55 температура тримається на рівні 0°C. Цю область називають Стратопаузою.
У Стратосфері спостерігають вплив сонячної радіації на молекули газу, дисоціюють на атоми. У цьому шарі немає майже водяної пари. Сучасні надзвукові комерційні літаки літають на висоті до 20 км через стабільні польотні умови. Висотні метеозони піднімаються на висоту 40 км. Тут присутні стійкі повітряні течії, швидкість їх сягає 300 км/год. Також у цьому шарі зосереджений озон, шар, який поглинає ультрафіолетові промені.
Мезосфера та Мезопауза - склад, реакції, температура
Шар мезосфери починається приблизно на висоті 50 км і закінчується на позначці 80-90 км. Температури знижується із підвищенням висоти приблизно 0,25-0,3°C/100 м. Основною енергетичною дією тут є променистий теплообмін. Складні фотохімічні процеси за участю вільних радикалів (має 1 або 2 непарні електронні) т.к. вони реалізують світінняатмосфери.
Майже всі метеори згоряють у мезосфері. Вчені назвали цю зону. Ігноросферою. Цю зону важко дослідити, тому що аеродинамічна авіація тут дуже погана через щільність повітря, яка тут у 1000 разів менша ніж на Землі. А для запуску штучних супутників густина ще дуже висока. Дослідження проводять за допомогою метеорологічних ракет, але це перекрученість. Мезопаузаперехідний шар між мезосферою та термосферою. Має температуру щонайменше -90°C.
Лінія Карману
Лінію кишеніназивають кордоном між атмосферою Землі та космосом. Відповідно до міжнародної авіаційної федерації (ФАІ) висота цього кордону - 100 км. Таке визначення надали на честь американського вченого Теодора Фон Кармана. Він визначив, що приблизно на цій висоті щільність атмосфери настільки мала, що аеродинамічна авіація тут стає неможливою, оскільки швидкість літального пристрою має бути більшою. першої космічної швидкості. На такій висоті втрачає сенс поняття звукового бар'єру. Тут керувати літальним апаратом можна лише за рахунок реактивних сил.
Термосфера та Термопауза
Верхня межа цього шару становить приблизно 800 км. Температура зростає приблизно до висоти 300 км, де досягає близько 1500 К. Вище температура залишається незмінною. У цьому шарі відбувається Північне сяйво- відбувається внаслідок впливу сонячної радіації на повітря. Також цей процес називають іонізацією атмосферного кисню.
Через малу розрядженість повітря польоти вище лінії Кишені реалізуються тільки по балістичних траєкторіях. Усі пілотовані орбітальні польоти (крім польотів на Місяць) відбуваються у цьому шарі атмосфери.
Екзосфера – щільність, температура, висота
Висота екзосфери понад 700 км. Тут газ сильно розріджений, і відбувається процес дисипації- Витік частинок у міжпланетний простір. Швидкість таких частинок може сягати 11,2 км/сек. Зростання сонячної активності призводить до розширення товщини цього шару.
- Газова оболонка не відлітає до космосу через земне тяжіння. Повітря складається з частинок, які мають власну масу. Із закону тяжіння можна винести те, що кожен об'єкт, що володіє масою, притягується до Землі.
- Закон Буйс-Баллота говорить, що якщо перебувати в Північній півкулі і стати спиною до вітру, то праворуч буде розташовуватися зона високого тиску, а зліва - низького. У Південній півкулі все буде навпаки.
Полярне сяйво - світіння верхніх розріджених шарів атмосфери, викликане взаємодією атомів і молекул на висотах 90-1000 км із зарядженими частинками великих енергій (електронами та протонами), що вторгаються у земну атмосферу з космосу. Зіткнення частинок із складовими верхньої атмосфери (киснем і азотом) призводять до порушення останніх, тобто. до переходу у стан із вищою енергією.
Повернення початкове, рівноважний стан відбувається шляхом випромінювання квантів світла характерних довжин хвиль, тобто. полярного сяйва. Спостерігається переважно у високих широтах обох півкуль у овальних поясах (авроральних овалах), які оточують магнітні полюси Землі, у широтах 67-70 градусів. За часів високої сонячної активності межі полярного сяйва розширюються до нижчих широт - на 20-25 градусів на південь або на північ.
Полярні сяйва найчастіше можна спостерігати взимку.Мабуть, ця думка склалася від того, що полярні сяйва в Росії часто називають "північними сяйвами" (за назвою півкулі, де її спостерігають), а північ у нас асоціюється з морозом, снігом і, відповідно, взимку. Насправді, полярні сяйва найчастіше відбуваються навесні та восени, у періоди, наближені до весняного та осіннього рівнодення та повторюються у вигляді циклів, чия тривалість становить приблизно 27 днів та 11 років.
Полярне сяйво народжується внаслідок сонячних збурень.Це підтверджує циклічна природа полярних сяйв, що збігається за своїми вищими піками з 27-добовим обертанням Сонця та 11-річними коливаннями сонячної активності, та їх концентрація у зоні збурень магнітних полів Землі.
Полярне сяйво – це просто світло у небі.При цьому його супроводжує безліч енергії, що виділяється за порівняно короткий проміжок часу. Сила випромінювання часом може дорівнювати 5-6 бальному землетрусу. Пульсуючі полярні сяйва можуть супроводжуватися ще й слабкими звуками або легким тріском.
Форми полярних сяйв різні.Полярні сяйва спостерігаються у різних видах і формах: плямах, однорідних дугах та смужках, пульсуючих дугах та поверхнях, проблисках, сполохах, променях та променистих дугах, коронах. Світіння полярного сяйва зазвичай починається з суцільної дуги, найпоширенішої форми полярного сяйва, і разі збільшення яскравості може набувати інші, складніші форми.
Колір полярного сяйва залежить від його інтенсивності.Інтенсивність світіння полярного сяйва визначається за прийнятою міжнародною шкалою в межах І-ІV балів. Сяйво з низькою інтенсивністю світіння (від I до III балів) не здаються людському оку різнобарвними, оскільки колірна інтенсивність у них нижча за поріг нашого сприйняття. Полярні сяйва з інтенсивністю в IV бали та III (у верхній межі) сприймаються як кольорові - частіше як жовто-зелені, рідше - червоні та фіолетові. Цікаво, що більшість випромінювання випускається головними складовими високих шарів земної атмосфери - атомарним киснем, який забарвлює полярні сяйва в жовті тони, надає їм червону променистість або вносить в загальний спектр зелену лінію і молекулярним азотом, що відповідає за небесних явищ.
Крізь полярне сяйво можна побачити зірки.Так як товщина полярного сяйва всього кілька сотень кілометрів.
Полярне сяйво видно із космосу.І не просто видно, а видно набагато краще, ніж з поверхні Землі, тому що в космосі спостерігати полярне сяйво не заважає ні сонце, ні хмари, ні вплив нижніх щільних шарів атмосфери. За словами космонавтом, з орбіти МКС полярні сяйва виглядають як величезні зелені амеби, що постійно рухаються.
Полярне сяйво може тривати цілодобово.А може й лише кілька десятків хвилин.
Полярне сяйво можна спостерігати як на Землі.Вважається, що це атмосфери інших планет (наприклад, Венери) також мають можливість породжувати полярні сяйва. Природа полярних сяйв на Юпітері та Сатурні за останніми науковими даними подібна до природи їх земних побратимів.
Полярне сяйво можна викликати штучно.Наприклад, за допомогою ядерного вибуху у високих шарах атмосфери. Що й було зроблено міністерством оборони США. Американським військовим вдалося добитися сяйва з дуги малинового кольору і плавно переходять із червоного через фіолетовий до зеленого променів. Виходячи з палітри кольорів штучних полярних сяйв народилася теорія про те, що причина їх виникнення криється в збудженні кисню і азоту, що міститься в атмосфера, і їх зіткненні з зарядженими частинками, вивільненими в результаті ядерного вибуху.
Полярне сяйво може викликатись ракетними викидами.Однак це явище прийнято називати штучним світінням, оскільки причини його виникнення близькі до тих, які викликають природне світіння повітря.
Астрономи-аматори та мисливці за полярним сяйвом повідомили, що бачили зелене свічення у небі над Великобританією. Феномен, який легко сплутати з aurora borealisназивається власним світінням атмосфери (англ. airglow).
KAMRUL ARIFIN | shutterstock
Це небесне свічення природної природи відбувається весь час і по всій земній кулі. Існує три його типи: денне ( dayglow), сутінкове ( twilightglow) та нічне ( nightglow). Кожне з них є результатом взаємодії сонячного світла з молекулами в нашій атмосфері, але має особливий спосіб формування.
Денне свічення утворюється, коли сонячне світло падає на атмосферу в денний час. Деяка його частина поглинається молекулами в атмосфері, що дає їм надлишок енергії, яку вони потім вивільняють як світло, або на такій же, або на більш низькій частоті (колір). Це світло набагато слабше звичайного денного світла, тому ми не можемо його побачити неозброєним оком.
Сутінкове світіння по суті є тим самим, що й денне, але в цьому випадку Сонцем висвітлюються тільки верхні шари атмосфери. Решта її частини та спостерігачі на Землі перебувають у темряві. На відміну від денного свічення, twilightglowвидно неозброєним оком.
Хемолюмінесценція
Нічне ж свічення породжується не сонячним світлом, що падає на нічну атмосферу, а іншим процесом, який називається хемолюмінесценція.
Сонячне світло протягом дня накопичує енергію в атмосфері, що містить молекули кисню. Ця додаткова енергія змушує молекули кисню розпадатися окремі атоми. Здебільшого це відбувається на висоті близько 100 км. Однак атомарний кисень не в змозі легко позбавитися цього надлишку енергії і в результаті на кілька годин перетворюється на своєрідний «енергетичний магазин».
Зрештою атомарному кисню вдається «рекомбінуватися», знову утворюючи молекулярний кисень. При цьому він звільняє енергію, знову у вигляді світла. Так виникають кілька різних кольорів, включаючи нічне зелене випромінювання, яке насправді не дуже яскраве, але найяскравіше зі всіх світінь цієї категорії.
Світлове забруднення та хмарність може перешкодити спостереженню. Але якщо пощастить, нічне свічення можна побачити неозброєним оком або сфотографувати за допомогою довгої експозиції.
Yuri Zvezdny | shutterstock
Чим відрізняються свічення від полярних сяйв?
Зелене свічення нічного неба дуже схоже на знаменитий зелений колір, який ми бачимо в північному сяйві, що не дивно, оскільки вони виробляються одними й тими самими молекулами кисню. Однак ці два явища ніяк не пов'язані між собою.
Полярне сяйво. ZinaidaSopina | shutterstock
Полярне сяйво утворюється, коли заряджені частинки, такі як електрони, обстрілюють атмосферу Землі. Ці заряджені частинки, які стартували із Сонця і прискорилися в магнітосфері Землі, стикаються з атмосферними газами і передають їм енергію, змушуючи гази випромінювати світло.
Крім того, полярні сяйва, як відомо, розташовані у вигляді кільця навколо магнітних полюсів (авроральний овал), тоді як нічні свічення поширені по всьому небу. Сяйва дуже структуровані (через магнітне поле Землі), а світіння в цілому досить рівномірні. Ступінь сяйв залежить від сили сонячного вітру, а свічення атмосфери відбуваються постійно.
Авроральний овал. NOAA
Але чому ж тоді спостерігачі з Великобританії бачили його лише днями? Справа в тому, що яскравість свічення корелює з рівнем ультрафіолетового (УФ) світла, що походить від Сонця, який змінюється з часом. Сила світіння залежить від пори року.
Щоб збільшити свої шанси на виявлення небесного свічення, слід відобразити темне та ясне нічне небо в режимі довгої витримки. Світіння можна побачити в будь-якому напрямку, вільному від світлового забруднення, в 10?20 градусах над горизонтом.
