Тема урока по астрономии: "Строение атмосферы Солнца".

Урок 2/19

подробно    презентация

Тема: Строение атмосферы Солнца.

Ход урока: I Опрос учащихся.

1. У доски	1.Светимость Солнца. Способы определения (закон Стефана-Больцмана). 2. Температура (закон Вина). Химический состав. 3. Вращение. Размер и масса (способы определения).
2. На компьютере	Положение Солнца, его координаты. Фотографии из архива, из Интернета (текущее время).
3. Остальные	1. Задача: Как изменилась бы светимость Солнца, если бы его температура увеличилась в 2 раза при том же размере? 2. Задача: Какую температуру имеет нагретое тело, если максимум излучаемой энергии приходится на волну 1250Å (1Å=10-10м) ? 3. Задача: Какова вторая космическая скорость на уровне фотосферы Солнца?

II Новый материал. Солнечная атмосфера состоит из 3^х слоев: фотосфера, хромосфера, солнечная корона.
1.Фотосфера -светящаяся “поверхность” Солнца, =нижний слой атмосферы 300-400км., Т≈5800К, ρ_ср. ≈10^-4кг/м³≈10¹⁷атом/см³. Н-водород. Излучает прочти всю энергию.

а).  гранулы  размером до 1000км., время существования до 8мин. Непрерывно появляются и исчезают причина - движение вещества в фотосфере (подъем и опускание в под фотосферной области за счет конвекции, начиная с глубины 0,3R, т.е подобие кипящей рисовой каши).

б). Пятна- диаметром от нескольких до 100 тыс. км. (крупные существуют до нескольких месяцев). Имеют ядро, волокнистую структуру полутени.  Пятна появляются на широте ∓40⁰(редко 50⁰) группами (редко одно), но обязательно есть и на противоположной стороне Солнца и опускаются до широты ∓5⁰ где исчезают (существуя от нескольких дней до нескольких месяцев). Пятно видно так как более холодное по сравнению с остальной частью фотосферы (≈4500К). Причина - торможение магнитным полем конвекции, (на поверхность поступает <энергии), глубина воронки 300-400км. Расщепление линий в спектре указывает на существование магнитного поля. В пятнах напряженность  магнитного поля 1500-4500 Эрстед, в то время как в спокойных областях Солнца напряженность- 5 Эрстед.  Что пятно холодное и в них существует магнитное поле, установлено в 1908г Дж. Э. Хейл (1868-1938, США).

    Рудольф Вольф (1816-1893, Швейцария) в 1852г установил зависимость 11-летний цикл появления пятен), что 4 года происходит подъем, а 7 лет затухание - цикл 11¹/₉ лет, и ввел число Вольфа W=(10g+f)^.k характеризирующую активность пятно образований, где g - число групп, а f - число пятен. Самая большая из когда-либо зарегистрированных групп солнечных пятен достигла своего максимума 8 апреля 1947г. Она захватила область площадью в 18130 миллионов квадратных километров.

    Главное пятно имеет одну полярность, а хвостовое - противоположную. Если в данном цикле главное имело северный магнитный полюс, то в следующем цикле главное будет иметь южный полюс. Последний 23-й наблюдаемый цикл имел растянутый МАХ  1999-2001гг, а минимум был в 2006 году. Вообще то цикл ≈11,1 лет, но предсказать невозможно.

в) Вокруг солнечных пятен наблюдались светлые ореолы, температура которых на 10К> чем у окружающего газа и радиус в 2 раза> радиуса пятна,  открыты в 1999 году.

г) Фотосферные факелы - более светлые образования (примерно на 300 К горячее), связанные с выносом более горячего вещества за счет усиления конвекции в подфотосферных слоях.  Факел - долгоживущее образование, он часто не исчезает в течение целого года, а группа пятен на его фоне "живёт" около месяца. Волокна факелов отчётливо видны лишь около края диска Солнца (но не на самом краю), где превышение их яркости над фоном достигает 10-20%.

2. Хромосфера (греч. "сфера цвета") названа так за свою красновато-фиолетовую окраску (видна только при полных затмениях, или при помощи специальных приборов). Состоит из трех слоев: нижний - до 1500 км, Т≈5000К; средний 1500-4000 км , Т  ≈ 6000-15000 К; верхний 4000-10000км Т=20000-50000К. Яркость хромосферы не одинакова. Между хромосферой и короной лежит узкий переходный слой, в котором температура быстро растёт от ~ 10⁴ до ~ 10⁶ К.

а) Факелы (хромосферные)-наиболее яркие участки расположены над фотосферными нитями и факелами.

б) Вспышки самые мощные и быстроразвивающиеся (слабые вспышки исчезают через 5-10 мин, а самые мощные до нескольких часов) происходят в результате быстрой перестройка ("перезамыкание") магнитных полей. Небольшие вспышки происходят по несколько раз в сутки, мощные (охватывают десятки млрд. км²) значительно реже. Как правило они наблюдаются вблизи пятен.  Вспышка - взрывной процесс сопровождающийся выбросами электрически заряженных частиц - потока протонов и электронов.

в) Спикулы - на краю хромосферы наблюдаются выступающие язычки пламени, представляющие вытянутые столбики из уплотненного газа, температура которых выше чем в фотосфере. Диаметры спикул ~ 1000 км, скорости подъёма или опускания  ≈ 20 км/с, время жизни - минуты. На высоте h  ≈ 3000 км они занимают ок. 2% площади солнечной поверхности. Механизм образования спикул связан со сложной структурой магнитных полей фотосферы.

г) Протуберанцы - гигантские яркие вспышки и арки, опирающиеся на хромосферу и врывающиеся в солнечную корону - это выброс вещества (плазмы). Наиболее распространены "спокойные" протуберанцы, появление которых обычно связано с развитием группы пятен, но существуют они значительно дольше пятен (до 1 года). Другой вид протуберанцев связан с выбросами вещества вверх (обычно после вспышек) со скоростями ~ 100-1000 км/с (т. н. быстрые - эруптивные протуберанцы).

3. Солнечная корона =протяженность от 1R - 8-10 R Солнца. Наблюдается во время затмений (или с помощью коронографа) серебристо-жемчужного цвета с Т≥1млн.К. Почти круглая в период МАX, сильно вытянута в плоскости экватора в MIN.  Солнечную корону образует чрезвычайно разреженный газ, и даже слабые магнитные поля, проникающие в корону, оказывают существенное влияние на её характеристики и строение. В короне выделяются корональные щёточки близ полюсов, дуги и корональные лучи на более низких широтах. Структура короны довольно устойчива, существенные изменения происходят за годы.

   Сверхкорона - отдельные выбросы плазмы доходит до земли. Температура до 1 млн. К - нагревается за счет волнового движения возникающего при конвекционном движении газа внутри Солнца.  Разгон частиц осуществляется магнитным полем; частицы движутся по спирали.

4. Солнечная активность – периодический комплекс нестационарных образований в атмосфере Солнца (петли, факелы, протуберанцы и т.д.). Связующее звено между различными ярусами центров активности – магнитное поле. Период – 11 лет (4 подъема – 7 затухание).

    К 1997г установлено, что на Солнце одновременно происходит до 30 тысяч различных взрывных событий. Они подробно исследованы с помощью космического УФ спектрометра SOHO (Солнечная геосферная обсерватория). Их средняя продолжительность  ≈1 мин, протяженность 1500 км, скорость выброса вещества до 1500 км/с. Так 6 января 1997г зафиксирован “протуберанец” диаметром >40 млн.км, что привело к увеличению солнечного ветра с 350 до 430 км/с у Земли.

    К 2007 году прошло наблюдаемых 23 цикла солнечной активности. Анализ в 20-22 циклах  показал, что экватор вращался с почти постоянным синодическим периодом 26.92 ± 0.02 сут. Но после 1996г вращение значительно ускорилось, и в 23-ем цикле доминирует период 26.57 ± 0.07 сут (рост скорости на 1.3 %). Почему? - неизвестно.

III. Закрепление материала.

СР№10

Итог

1. Из каких слоев состоит солнечная атмосфера?
2. Наблюдаемые явления в солнечной атмосфере?
3. Что такое солнечная активность?
4. Оценки.

Дома: § 19. Вопросы стр. 118.

Краткое описание документа:

Тема: Строение атмосферы Солнца.

Ход урока: I Опрос учащихся.

1. У доски	1.Светимость Солнца. Способы определения (закон Стефана-Больцмана). 2. Температура (закон Вина). Химический состав. 3. Вращение. Размер и масса (способы определения).
2. На компьютере	Положение Солнца, его координаты. Фотографии из архива, из Интернета (текущее время).
3. Остальные	1. Задача: Как изменилась бы светимость Солнца, если бы его температура увеличилась в 2 раза при том же размере? 2. Задача: Какую температуру имеет нагретое тело, если максимум излучаемой энергии приходится на волну 1250Å (1Å=10-10м) ? 3. Задача: Какова вторая космическая скорость на уровне фотосферы Солнца?

II Новый материал. Солнечная атмосфера состоит из 3^хслоев: фотосфера, хромосфера, солнечная корона.
1.Фотосфера -светящаяся “поверхность” Солнца, =нижний слой атмосферы 300-400км., Т≈5800К, ρ_ср. ≈10^-4кг/м³≈10¹⁷атом/см³. Н-водород. Излучает прочти всю энергию.

а). гранулы размером до 1000км., время существования до 8мин. Непрерывно появляются и исчезают причина - движение вещества в фотосфере (подъем и опускание в под фотосферной области за счет конвекции, начиная с глубины 0,3R, т.е подобие кипящей рисовой каши).

б). Пятна- диаметром от нескольких до 100 тыс. км. (крупные существуют до нескольких месяцев). Имеют ядро, волокнистую структуру полутени. Пятна появляются на широте∓40⁰(редко 50⁰) группами (редко одно), но обязательно есть и на противоположной стороне Солнца и опускаются до широты ∓5⁰ где исчезают (существуя от нескольких дней до нескольких месяцев). Пятно видно так как более холодное по сравнению с остальной частью фотосферы (≈4500К). Причина - торможение магнитным полем конвекции, (на поверхность поступает <энергии), глубина воронки 300-400км. Расщепление линий в спектре указывает на существование магнитного поля. В пятнах напряженность магнитного поля 1500-4500 Эрстед, в то время как в спокойных областях Солнца напряженность- 5 Эрстед. Что пятно холодное и в них существует магнитное поле, установлено в 1908г Дж. Э. Хейл (1868-1938, США).

Рудольф Вольф (1816-1893, Швейцария) в 1852г установил зависимость 11-летний цикл появления пятен), что 4 года происходит подъем, а 7 лет затухание - цикл 11¹/₉ лет, и ввел число Вольфа W=(10g+f)^.k характеризирующую активность пятно образований, где g - число групп, а f - число пятен. Самая большая из когда-либо зарегистрированных групп солнечных пятен достигла своего максимума 8 апреля 1947г. Она захватила область площадью в 18130 миллионов квадратных километров.

Главное пятно имеет одну полярность, а хвостовое - противоположную. Если в данном цикле главное имело северный магнитный полюс, то в следующем цикле главное будет иметь южный полюс. Последний 23-й наблюдаемый цикл имел растянутый МАХ 1999-2001гг, а минимум был в 2006 году. Вообще то цикл ≈11,1 лет, но предсказать невозможно.

в) Вокруг солнечных пятен наблюдались светлые ореолы, температура которых на 10К> чем у окружающего газа и радиус в 2 раза> радиуса пятна, открыты в 1999 году.

г) Фотосферные факелы - более светлые образования (примерно на 300 К горячее), связанные с выносом более горячего вещества за счет усиления конвекции в подфотосферных слоях. Факел - долгоживущее образование, он часто не исчезает в течение целого года, а группа пятен на его фоне "живёт" около месяца. Волокна факелов отчётливо видны лишь около края диска Солнца (но не на самом краю), где превышение их яркости над фоном достигает 10-20%.

2. Хромосфера (греч. "сфера цвета") названа так за свою красновато-фиолетовую окраску (видна только при полных затмениях, или при помощи специальных приборов). Состоит из трех слоев: нижний - до 1500 км, Т≈5000К; средний 1500-4000 км , Т ≈ 6000-15000 К; верхний 4000-10000км Т=20000-50000К. Яркость хромосферы не одинакова. Между хромосферой и короной лежит узкий переходный слой, в котором температура быстро растёт от ~ 10⁴ до ~ 10⁶ К.

а) Факелы (хромосферные)-наиболее яркие участки расположены над фотосферными нитями и факелами.