40. Физика северного... - Физика вокруг нас - 2025 <!--if(Фестивали, конкурсы)-->- Фестивали, конкурсы<!--endif--> - Фотоальбомы - Официальный сайт школы №1 им. А.С. Попова г. Удомли
«Фотография - средство изучения физического явления»
Северное(полярное) сияние с точки зрения физики
Захватов Артём МБОУ СОШ 5 9Б класс Такое прекрасное северное сияние, как на фотографии, можно увидеть на берегу Карского моря, п-ов Ямал, в посёлке Харасавэй Ямальского района. В своём докладе о полярном сиянии я задал себе цель ответить и объяснить с точки зрения физики три следующих вопроса: 1. Каким образом солнечный ветер, состоящий из заряженных частиц, взаимодействует с геомагнитным полем Земли, и почему это взаимодействие наиболее интенсивно проявляется в высоких широтах, приводя к возникновению полярных сияний? 2. Какие конкретные атомы и молекулы в земной атмосфере ответственны за различные цвета полярных сияний, и как энергия, передаваемая от заряженных частиц солнечного ветра, влияет на спектральный состав излучения? 3. Как геомагнитная активность, связанная с солнечными вспышками и корональными выбросами массы, влияет на интенсивность, форму и географическое положение полярных сияний, и какие методы используются для предсказания этих явлений? Сегодня мы отложим в сторону привычные формулы и погрузимся в захватывающее зрелище, которое веками будоражило воображение – Северное сияние, или Aurora Borealis. Но вместо поэтических описаний, мы рассмотрим его с точки зрения физики, раскрывая удивительную симфонию заряженных частиц и магнитных полей.
1.Забудьте о мифах о гневе богов или духах. В основе этого феномена лежит солнечный ветер – непрерывный поток плазмы, исходящий от Солнца. Этот ветер состоит в основном из протонов и электронов, несущихся к Земле со скоростями, достигающими нескольких сотен километров в секунду. Земля, к счастью для нас, защищена от этого потока своим магнитным полем – гигантским геомагнитным щитом, созданным движением расплавленного железа в земном ядре. Это поле отклоняет большую часть солнечного ветра, но не всю. Заряженные частицы, захваченные магнитным полем Земли, движутся вдоль силовых линий, словно по невидимым рельсам. А вот теперь самое интересное. Силовые линии магнитного поля Земли сконцентрированы на полюсах. Именно там, в высоких широтах, заряженные частицы солнечного ветра "просачиваются" в атмосферу, сталкиваясь с атомами и молекулами газов, составляющих ее. Таким образом, заряженные частицы, исходящие от солнца, попадают в геомагнитное поле Земли в районе полюсов, образуя в высоких широтах особые свечения при взаимодействии этих частиц с частицами различных газов, входящих в атмосферу.
2.В спектре полярных сияний Земли наиболее интенсивно излучение основных компонентов атмосферы — азота и кислорода. Спектр полярных сияний меняется с высотой. В зависимости от преобладающих в спектре полярного сияния линий излучения полярные сияния делятся на два типа: высотные полярные сияния типа A с преобладанием атомарных линий и полярные сияния типа B на относительно небольших высотах (80— 90 км) с преобладанием молекулярных линий в спектре.Электроны солнечного ветра, сталкиваясь с атомами, передают им энергию. Атомы, перейдя в возбужденное состояние, стремятся вернуться в стабильное, испуская при этом фотоны – частицы света. Этот танец частиц и атомов – и есть источник света полярного сияния. Энергия испущенного фотона равна разнице энергий между возбуждённым и основным состояниями. Длина волны этих фотонов определяет цвет сияния. Кислород излучает зеленый и красный свет, азот – синий и фиолетовый. Интенсивность и цвет сияния зависят от высоты, на которой происходит взаимодействие: на больших высотах преобладание красного свечения кислорода, а на более низких – фиолетовое свечение азота; плотности атмосферы: на разных высотах плотность атмосферы различна, поэтому на больших высотах столкновения между частицами реже, чем на более низких высотах; состава солнечного ветра: чем больше частиц достигает определённой высоты, тем ярче будет сияние. Полярные сияния весной и осенью возникают заметно чаще, чем зимой и летом. Во время полярного сияния за короткое время выделяется огромное количество энергии. Таким образом, энергия заряженных частиц солнечного ветра напрямую влияет на то, какие атомы и молекулы возбуждаются, на каких высотах это происходит, и, в конечном итоге, на цвет и интенсивность полярного сияния.
3.Геомагнитная активность, вызванная солнечными вспышками и корональными выбросами массы(КВМ), существенно влияет на интенсивность форму и географическое положение полярных сияний. Интенсивность: Чем сильнее солнечная вспышка или КВМ, тем больше заряженных частиц выбрасываются в сторону Земли, следовательно, происходят более частые и яркие сияния. Форма: В спокойных условиях полярные сияния имеют форму диффузных овалов вокруг магнитных полюсов, а во время геомагнитной активности, вызванной вспышками и КВМ, форма сияний становится более сложной: появляются дуги, ленты, лучи, короны и другие структуры, которые придают захватывающие очертания данному явлению. Географическое положение: Обычно северные сияния происходят в высоких широтах, однако во время сильных маг
Администрации Удомельского муниципального округа
