Урок астрономии по теме "Солнечная активность и ее влияние на Землю

Урок 22. Тема «Солнечная активность и ее влияние на Землю».

Цели урока: знать примеры проявления солнечной активности (солнечные пятна, протуберанцы, вспышки, корональные выбросы массы),

знать и называть период изменения солнечной активности,

использовать законы физики, для описания проявления солнечной активности, ее влияния на биосферу и техносферу Земли;

уметь  использовать  современные информационные технологии для  определения солнечной активности,

по различным источникам информации(фотографиям и текстам) определять и описывать причинно-следственные связи проявлений солнечной активности и особенности их последствий.

Оборудование:

ПК с выходом в Интернет, проектор, папка с фотографиями астрономических явлений, раздаточные карточки с описаниями проявлений солнечной активности, КА SOHO onlain-трансляция, видеофильм «Звезда по имени Солнце» (с 6мин по 8 мин).

Интернет- рессурсы

https://yandex.ru/images/search?pos=22&img

rabochaya-tetrad-uchebnik.com

https://yandex.ru/images/search?p=1&text=

file:///C:/Users/il/Desktop/ .pdf

http://www.astro.websib.ru/metod/tem-4/

План урока.

I.Организационный.

II. Актуализация знаний.

Учитель: Ответьте устно на вопросы:

1.      Из каких основных химических элементов состоит Солнце? Каково их соотношение?

2.      Что является источником излучения Солнца? Какими способами осуществляется перенос энергии из недр Солнца наружу?

На рис. – модели строения Солнца подписать название «слоев» строения звезды.

III. Создание мотивации.

На экране(можно на доске) написаны два стихотворения

 Воистину                                                  Шар огненный все просквозил

Солнце прекрасней всего:                       Все поперек перелопатил

Лучше девушки,                                        И, как груженный лимузин,

 Лучше цветка,                                          За полдень он перевалил,

Окропленного свежей росою,                   Но где-то там -в зените был

Лучше белого снега                                    (Он для того  и плыл туда),-

И лучше, чем синее море.                           Другие головы кружил,

  Ай Цин(1937г.)                                          Сжигал другие города.

                                                                     В. Высоцкий(1962г.)

 Учитель: Почему образ Солнца по-разному трактуется жителями Земли?

 (варианты ответов:

- от свойств личности,

- условий существования,

- «деятельности» Солнца.)

IV. Объяснение нового материала (получение нового знания).

Учитель: Каким понятием можно заменить выражение «деятельность» Солнца? Что понимаете вы под «солнечной активностью»?

(После обсуждения, дается формулировка под запись в тетрадь.)

«Солнечная активность – комплекс нестационарных образований в атмосфере Солнца».

Учитель: Вы знаете, что основной метод получения информации - это наблюдения. Предлагаю вам рассмотреть фотографии астрономических явлений, происходящих на Солнце.( папка с фотографиями астрономических явлений), полученных с помощью солнечных телескопов-коронографов в УФ-, рентгеновском и ɤ-диапазоне. (фото 1 и 2).

Какие формы солнечной активности вам известны? Используя фотографии, сделайте предположения об увиденном(рассматривают и обсуждают).

 Предлагаю вам, использовать папку с фотографиями, раздаточные карточки и материалы  п.21.4 учебника, охарактеризовать  формы проявления солнечной активности - солнечные пятна, протуберанцы, вспышки, корональные выбросы массы.

Предлагаю алгоритм для работы:

1.      Форма проявления,

2.      Область возникновения

3.      Механизм возникновения

4.      Особенности процесса.

Возможна  самостоятельная работа учащихся  в  малых группах в течение 5-7 мин., с последующим фронтальным обсуждением.

Учитель: Вы молодцы! Но узнать о происходящем это только начало пути. К 1997 году было установлено, что на Солнце одновременно происходит до 30 тыс. взрывных событий. Период – 11,1 лет (4 подъема – 7 затухание, в среднем он длится 11,04 года, бывают циклы длиной от 9 до 14 лет). Этот период выдерживается неточно и в XX веке был ближе к 10 годам, а за последние 300 лет варьировался примерно от 7 до 17 лет Они подробно исследуются  КА SOHO(солнечной геосферной обсерваторией).Лаборатории рентгеновской астрономии ФИАН( http://tesis.lebedev.ru/ смотреть on-line). Подумайте, почему такие наблюдения важны для жителей Земли.

Как   проявления солнечной активности могут влиять на Землю и Солнечную систему.

Учитель: « Жизнь Солнца во многом непонятна:

Мы видим гранулы, протуберанцы, пятна,

Но как во что-то их единое связать,

Не можем не расчислить, не познать,

Но ум пытливый, ясный, трезвый

Отсюда видит бег частички резвой»

Знания, полученные при изучении физики, помогут вам охарактеризовать особенности магнитного поля Земли, и с учетом действия силы Ампера и силы Лоренца на поток заряженных частиц(протонов, альфа-частиц) и других(нейтронов, нейтрино). Такие геофизические явления, как магнитные бури, полярные сияния, происходят через сутки после вспышек на Солнце: протоны, электроны, которые достигают Земли через 1—2 дня, проникают в околоземное пространство, двигаясь со скоростями до 1000 км/с. Следует отметить, что источником солнечного ветра может быть и «спокойное» Солнце. Важно вспомнить, что магнитосфера и атмосфера существуют и на других планетах Солнечной системы — Земля не является единственным объектом  воздействия со стороны Солнца. Посмотрите кадры полярных сияний на других планетах — Сатурне, Марсе, Юпитере.

Демонстрируются фото 3-6.

 Но только на Земле существуют биосфера и техносфера, которые также подвержены влиянию активности Солнца.

 Различные диапазоны электромагнитного излучения, могут вызвать такие следствия  как ионизация (возникает под действием рентгеновского излучения на верхние слои земной атмосферы), которая способствует возникновению магнитных возмущений Земли, усиление поглощения и отражения радиоволн, с чем связано изменение слышимости на различных длинах волн.

Геофизическое воздействие Солнца заключается и в том, что солнечное излучение играет решающую роль в тепловом балансе поверхности Земли и ее атмосферы.

Изменения в активности Солнца в годы с 1645-1715 известны глобальным похолоданием (малый ледниковый период), а  на Солнце вместо ежегодных 40000-50000 пятен -  всего 50.

Цикл солнечной активности — одна из удивительных особенностей Солнца, остающаяся загадкой. Вместе с тем изучение активности Солнца, в частности возникновения пятен и процесса их распространения, позволили наблюдать вращение Солнца, угловая скорость которого различна и убывает от экватора к полюсам. Установленным фактом является и то, что с периодом в 11,5 года повторения интенсивности проявления всех активных образований наблюдается и закономерность в смене полярности пятен определенного полушария Солнца, при этом пятна каждого полушария имеют свою неизменную на протяжении всего цикла полярность.

Много информации о влиянии 11-летнего цикла на развитие растений (ширина годичных колец деревьев), размножение насекомых( саранчи), психосоматических заболеваниях человека, даже о связи солнечной активности с увеличением числа преступлений и автокатастроф.

Достаточно широко распространена информация о влиянии магнитных бурь на организм человека. Реакция характеризует и другие биологические объекты: замечено, что синхронно с солнечной активностью изменяется уровень воды в закрытых водоемах.  Выведенные на орбиту телескопы для наблюдения Солнца позволяют извещать население о выбросах, вспышках и давать трехдневные прогнозы.

Но м. б. эти совпадения земной и солнечной активности. Конечно, только знаний цикла солнечной активности недостаточно, чтобы прогнозировать события на Земле по степени активности Солнца.

V.Закрепление.

1.Выполнение задания 3 из упражнения 17 учебника.( полная мощность N=4*10^26 Вт
М Солнца M=2*10^30 кг
N₁=N/M=4*10^26/2*10^30=2*10^-4 Вт/кг)

2.На полушарии Солнца, обращенном к Земле, 23 июня 2015 г. произошла мощная вспышка. Через какое время она была зафиксирована на Земле, если считать, что вспышка имела мгновенный характер? Расстояние от Земли до Солнца принять равным 150 млн км(так как вспышка произошла мгновенно, то для ее фиксации на Земле необходимо время, необходимое для прохождения расстояния между Солнцем и Землей. Излучение движется с максимальной скоростью, равной скорости света, — 300 тыс. км/с. Отсюда время распространения вспышки равно отношению расстояния между Землей и Солнцем к скорости света t = s/v и составляет 500 с.)

3. В недрах Солнца температура достигает десятков миллионов градусов. Это объясняют:

 А) быстрым вращением Солнца вокруг своей оси;

 Б) делением тяжелых ядер;

 В) термоядерным синтезом легких ядер;

 Г) реакцией горения водорода в кислороде.

4. Протон в однородном магнитном поле движется по окружности определенного радиуса. В это же поле с той же скоростью влетает альфа-частица. Радиус окружности, центростремительное ускорение и период обращения альфа-частицы по сравнению с протоном:

 А) увеличивается;

 Б) уменьшается;

В) не изменяется.

VI .Итоги урока можно подвести совместно с учащимися

• Природа солнечно-земных связей — яркий пример причинно-следственных связей в системе «Земля — Солнце».

• В современном мире важнейшее значение приобретает применение солнечной энергии (гелиотехника), практическое значение связей астрономии с другими науками в интересах развития геофизики, космонавтики, радиофизики, биологии, медицины.

 • Отслеживание особенностей солнечной активности способствует международному сотрудничеству в организации и проведении непрерывных наблюдений Солнца с наземных и космических обсерваторий мира (МГГ, МГСС, SOHO, STEREO).

• Проявление влияния солнечной активности в атмосфере Земли в виде полярных сияний позволяет организовать новый вид туризма — научный туризм 145 (Мурманская область в России, Норвегия), дающий возможность наблюдать различные виды полярных сияний на разных территориях Земли вблизи магнитных полюсов.

VII.Домашнее задание. § 21.4;

 Задания проектно – исследовательского характера (индивидуально)

1.  История изучения солнечно-земных связей.

2. Виды полярных сияний.

3 История изучения полярных сияний.

ПРИЛОЖЕНИЯ.

Варианты карточек( примерные).

«Солнечные пятна»

Солнечные пятна - диаметром от нескольких до 100 тыс. км. (крупные существуют до нескольких месяцев). Известны были еще в Китае за 800лет до НЭ (видны крупные невооруженным глазом, когда Солнце близко к горизонту и находится в дымке=последний раз наблюдались в марте 1989г, первые рисунки относятся к 1128г). Близ тени появляются отдельные яркие участки, которые в виде узких струй (диаметр D ≈ 700 км) растекаются к периферии пятна. Они образуют характерную волокнистую структуру полутени. Время жизни отдельных волокон ≈ 30-60 мин. В самой тени пятна также наблюдаются слабоконтрастные флуктуации яркости - очень маленькие светлые точки (D ≈ 350 км), живущие 15-30 мин. Их отождествляют с "остаточной" грануляцией в условиях сильного магнитного  поля. 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 (центральная, самая темная, область пятен имеет температуру всего около 4000 С, наружные области пятен, граничащие с нормальной поверхностью, - от 5000 до 5500 С). Причина - торможение магнитным полем конвекции, (на поверхность поступает <энергии), глубина воронки 300-400км. Расщепление линий в спектре указывает на существование магнитного поля. Механизм образования пятна показан на рисунке справа: магнитные линии проникают сквозь поверхность Солнца. В пятнах, напряженность магнитного поля 1500-4500 Эрстед, в то время как в спокойных областях Солнца напряженность- 5 Эрстед. В солнечных пятнах температура понижается до 4500 К. Объясняется понижение образующимся в магнитном поле пятна нисходящим течением, идущим со скоростью 2 м/с на глубину до 2000км. Что пятно холодное и в них существует магнитное поле, установлено в 1908г Дж. Э. Хейл (1868-1938, США).

«Протуберанцы»

гигантские яркие вспышки и арки, опирающиеся на хромосферу и врывающиеся в солнечную корону - это выброс вещества (плазмы) - сравнительно холодные для короны плотные облака (n = 1010-1011 см-3, Т ~ 104K). Наиболее распространены "спокойные" протуберанцы, появление которых обычно связано с развитием группы пятен, но существуют они значительно дольше пятен (до 1 года). Непосредственно в зоне пятен наблюдаются после вспышек т. н. протуберанцы солнечных пятен - потоки газа, втекающего из короны в зону пятен со скоростями в несколько десятков км/с. Другой вид протуберанцев связан с выбросами вещества вверх (обычно после вспышек) со скоростями ~ 100-1000 км/с (т. н. быстрые - эруптивные протуберанцы)

«Факелы»

Более горячие образования T > на  300 К. Представляют собой вынос вещества за счет конвекции.

«Солнечные вспышки»

Солнечная вспышка - самые мощные и быстроразвивающиеся (слабые вспышки исчезают через 5-10 мин, а самые мощные до нескольких часов) происходят в результате быстрой перестройки магнитных полей. Небольшие вспышки происходят по несколько раз в сутки, мощные (охватывают десятки млрд. км2) значительно реже. Солнечные вспышки, как правило, происходят в местах взаимодействия солнечных пятен противоположной магнитной полярности или, более точно, вблизи нейтральной линии магнитного поля, разделяющей области северной и южной полярности. Частота и мощность солнечных вспышек зависят от фазы солнечного цикла.  Вспышка представляет собой внезапное выделение энергии в верхней хромосфере или нижней короне, генерирующее кратковременное электромагнитное излучение в широком диапазоне длин волн - от жёсткого рентгеновского излучения (и даже g-излучения) до километровых радиоволн. Вспышка - взрывной процесс, сопровождающийся выбросами электрически заряженных частиц, - потока протонов и электронов.

Папка с фотографиями астрономических явлений.

 

Фото1

Фото 3. Полярные сияния на Земле.

Фото 4. Полярные сияния на Марсе.

Фото 6. Солнечные пятна и протуберацы.

Фото 2. Фотография Солнца в рентгеновском диапазоне.

Фото 5. Полярные сияния на  Венере