project

ПРОЕКТ:
«Звезда по имени Солнце»
Выполнил:
Репко Андрей Андреевич, 13.12.2003 г. р.
учащийся 6 класса МБОУ «СОШ № 4 г. Шатуры»
Шатурского муниципального района
Московской области
Руководитель работы:
Коблова Ольга Петровна, учитель математики и физики
МБОУ «СОШ № 4 г. Шатуры»
Шатурского муниципального района
Московской области
г. Шатура
2015 г.
Содержание
Введение……………………………………………………………………. 3
I.
Наша Звезда…………………………………………………………. 4
1.1. Общие сведения о Солнце………………………………………....... 4
1.2. Внутреннее строение Солнца……………………………………….. 5
1.3. Процессы, происходящие внутри Солнца…………………………. 6
1.4. Магнитное поле Солнца…………………………………………......
7
1.5. Солнечные пятна…………………………………………………….. 8
1.6. Солнечный ветер…………………………………………………...... 9
1.7. Корона Солнца……………………………………………………….. 10
1.8. Жизненный цикл Солнца……………………………………………. 11
II.
Влияние Солнца на планету Земля………………………………. 13
Заключение………………………………………………………………… 15
Список использованной литературы…………………………………... 16
2
Введение
Мы живем на удивительной планете. Она необычайно красива и полна
загадок. На ней есть необъятный океан, непредсказуемая атмосфера,
гигантские горы и захватывающие прекрасные пейзажи. Но если мы
думаем, что все красоты мира ограничены лишь рамками нашей планеты,
то это заблуждение.
Живя в эпоху удивительных открытий за всю историю цивилизации,
человек посетил отдаленные уголки нашей солнечной системы, побывал на
других планетах. И в самом сердце всего этого находится «пламенный
мотор». Чудо, которое мы с радостью встречаем каждое утро, звезда,
которой подчиненно все в этом мире – Солнце. На самом деле это обычная
звезда, но она представляет собой одно из самых удивительных явлений в
Солнечной системе.
Тема работы: звезда по имени Солнце
Тип: исследовательский
Цель исследования заключается в изучении Солнца
Задачи:
1) изучить строение Солнца;
2) узнать, какие процессы происходят на Солнце;
3) проследить жизненный цикл Солнца;
4) рассмотреть влияние Солнца на Землю.
Предмет исследования: звезда Солнце
Основные методы проведения работы:
- изучение и анализ литературных источников;
- использование информации Интернет.
Источники исследования:
- энциклопедии;
- Интернет-ресурсы.
3
I. Наша Звезда
1.1. Общие сведения о Солнце
Во Вселенной миллиарды звезд, но в нашей космической общине
главенствует одна – Солнце. В основном оно состоит из водорода и гелия,
нагретых до состояния плазмы, которая сгорает при млн. градусах. На
поверхности Солнца то и дело происходят мощные взрывы, на миллионы
километров в космос устремляются сгустки смертоносной радиации.
Наше Солнце - тип звезды известный как «желтый карлик». Желтый –
из-за цвета на поверхности, а карлик, потому, что это маленькая звезда,
относительно маленькая, в неё могли бы поместиться миллионы планет,
таких как наша Земля. [9].
Возраст Солнца насчитывает уже пять миллиардов лет. Среднее
расстояние от Земли до Солнца - 150 млн. км. От Солнца до Земли
солнечный свет идет всего лишь 8 минут.
Размеры Солнца впечатляют. Например, масса Солнца в 330 000 раз
больше массы Земли, а его радиус в 109 раз больше. Зато плотность
нашего звездного светила небольшая – в 1,4 раза больше, чем плотность
воды (вода - 1,0 г/см3, солнце - 1,41 г/см3).
Наша звезда - гигантский источник тепла и энергии. Температура её
поверхности около 6 000 градусов по Цельсию. Солнце за 1 секунду
вырабатывает 380 млрд. МВт энергии. Энергии, которое Солнце
4
вырабатывает
за
1
секунду,
хватило
бы
на
всю
человеческую
цивилизацию. [6].
Солнце несется в направлении созвездия Геркулеса по орбите вокруг
центра нашей Галактики, преодолевая ежесекундно больше 200 км. Солнце
и центр Галактики разделяет бездна в 25 000 световых лет. Тот же путь
пролегает от Солнца к окраинам Галактики. Наша звезда расположилась
вблизи галактической плоскости, недалеко от границы одного из
спиральных рукавов.
1.2. Внутреннее строение Солнца
Видимая поверхность Солнца называется фотосферой. Ее толщина
около 300 км. При сильном разрешении деталей, можно увидеть в
телескоп, что фотосфера имеет гранулированную структуру. Вещество на
Солнце постоянно перемещается, и в областях, занимаемыми гранулами,
оно поднимается к поверхности, а в промежутках
между ними -
опускается.
Дальше вглубь распространяется конвекционная зона - зона, в
которой энергия за счет конвекции переносится от центра к более высоким
слоям. Здесь вещество как бы перемешивается.
От центра Солнца к конвекционной зоне энергия переносится
излучением. Однако каждый фотон затрачивает много лет для того, чтобы
пройти эту зону: свет многократно поглощается веществом и излучается
вновь.
5
В центре располагается плотное и горячее ядро, в котором и
происходят ядерные реакции.
1.3. Процессы, происходящие внутри Солнца
Ядро Солнца - идеальный котел для термоядерного синтеза. Это самое
горячее место в Солнечной системе. Его температура около 15 млн.
градусов по Цельсию. Ядро невероятно плотное. Его плотность в 10 раз
больше плотности свинца, может показаться, что при такой плотности
ядро твёрдое, но это не так, из-за такой температуры оно остается плазмой.
Но в ядре Солнца такое давление и такая плотность, что два предмета,
ударившись друг о друга, неизбежно сольются. В Солнце эти предметы атомы водорода, которые, ударившись друг о друга, при невероятном
давлении создают атомы гелия. Атом, образующийся в этом процессе
слияния, немного уступает по массе, атомам его создавшим, недостающая
масса переходит в энергию. Каждую секунду внутри Солнца 600 млн. тонн
водорода при слиянии превращаются в 595 млн. тонн гелия. Эти
потерянные в процессе 5 млн. тонн массы превращаются в энергию
равную 1 млрд. водородных бомб в одну мегатонну, и так каждую секунду.
[4].
Энергия,
создаваемая
в
результате
термоядерного
синтеза,
извлекается из ядра в виде частиц света и тепла, называемых фотонами.
Именно они несут от Солнца к Земле живительные теплые лучи. Чтобы
достичь нашей планеты, этим путешественникам с нашей ближайшей
звезды приходится проделать долгий извилистый путь сквозь все слои
Солнца.
Сначала фотон входит в радиационную зону толщиной 300 тыс. км и
её плотность настолько высока, что фотон то и дело сталкивается с
другими частицами, такими как атомы водорода и гелия, поэтому движется
он
зигзагами,
как
бы
наугад.
Фотон
вынужден
постоянно
взаимодействовать с атомами, которые поглощают его и вновь выпускают.
Фотон может поглощаться и выпускаться миллионы раз. По мере
6
уменьшения плотности двигаться становится легче, поскольку теперь
столкновения происходят реже. Когда фотон оказывается в 200 тыс. км от
поверхности, он входит в конвективную зону и его скорость сразу
возрастает. Теперь он движется в огромных столбах газа, преодолевая
сотни километров в час. На то, чтобы достичь поверхности Солнца, у
фотона уходит всего лишь десять дней. Невероятное путешествие почти
заканчивается, когда фотон пробирается сквозь вихревые газы солнечной
атмосферы. Потом ему понадобится лишь 8 минут, для того, чтобы
преодолеть 149 млн. км до нашей планеты.
1.4. Магнитное поле Солнца
Тысячи чудовищных взрывов сотрясают Солнце. Может показаться,
что причина этих взрывов - ядерные реакции в ядре. Но на самом деле за
этой активностью кроется магнетизм.
У Земли, как у твердого вращающегося тела, магнитное поле вполне
простое. У нас два полюса: северный и южный, поэтому нам так легко
ориентироваться с помощью компаса. Но представим, что у нас вместо
двух полюсов 10 миллионов. Именно так обстоит дело на Солнце.
Магнитное поле Солнца - настоящая паутина, даже, подчиняясь
законам гравитации, плазма не вращается равномерно. На экваторе плазма
делает один оборот - каждые 25 земных дней, в то время как на полюсах у
плазмы уходит на один оборот - 35 дней. [3]. Солнце наделено тем, что мы
называем диффиринциальным вращением. Вся это плазма вращается,
бурлит и линии магнитного поля при этом изгибаются, переплетаются,
7
путаются. Хотя линии магнитного поля не видимы, мы знаем об их
существовании,
наблюдая за корональными петлями и выпуклостями,
возникающими в солнечной атмосфере. Эти плазменные арки настолько
высоки и широки, что сквозь них могла бы пройти такая крупная планета,
как Юпитер.[8]. Иногда магнитные поля изгибают плазму в солнечной
атмосфере, придавая ей причудливую спиралевидную форму. Эти
плазменные выпуклости могут сохраняться неделями, месяцами, но
накопившаяся энергия должна, в конце концов, найти выход, и она
выбрасывается в космос.
1.5. Солнечные пятна
Поверхность Солнца покрыта черными пятнами. Некоторые пятна так
велики, что на них могла бы уместиться наша планета. Методы
наблюдения за космосом позволяют определить число пятен на
поверхности Солнца, динамику их возникновения и исчезновения. Чем
больше пятен на Солнце, тем оно активнее.
Там, где магнитное поле имеет особенно сложный характер, материя
охлаждается примерно на тысячу градусов, в результате на поверхности
Солнца
появляются
относительно
темные
участки,
называемые
пятнами.[5]. Пятна выглядят темными лишь по сравнению с яркой средой
вокруг них. Но если одно такое пятно подвесить в космосе, оно было бы в
10 раз ярче полной луны. Эти пятна не что иное, как плазменные кратеры
размером с нашу Землю.
8
Галилей был один из первых, кто наблюдал эти пятна. С помощью
телескопа он проецировал изображение Солнца на бумагу. Он заметил, что
пятна движутся. Это стало первым свидетельством того, что Солнце
вращается. Но вращается не только Солнце, сами пятна могут вращаться
на поверхности Солнца, подобно ураганам.
Когда солнечное пятно выпускает магнитную энергию, это приводит
к самым мощным взрывам в солнечной системе – солнечным вспышкам.
Одна только вспышка - это миллиард мегатонн энергии, это мощь
миллиона извержений вулканов на земле. Это исключительно яркие
участки, поскольку температура там достигает 10 млн градусов, и это
может длиться часами, хотя энергия огромна. Вся энергия направляется в
слой Солнца, называемой хромосферой.
Особенно сильная вспышка часто вызывает опасное извержение,
называемые корональными выбросами массы. Корональные выбросы
массы бывают различной скорости, но иногда они достигают 1400 км/ч,
это огромная скорость и количество материи чрезвычайно велико.[5].
Представьте, что от Солнца оторвалось нечто равное по величине горе
Эверест и
полетело
в космос. Куда направляется
этот сгусток
радиоактивной плазмы, после того, как покинет Солнце. Иногда он вполне
безобидно летает по космосу, но иногда он может оказаться рядом с
Землёй. Корональный выброс массы, возможно, самая страшная угроза, о
которой вы не слышали.
1.6. Солнечный ветер
Атмосфера Солнца необычна, она состоит из смеси заряженных
частиц протонов и электронов. Ежечасно Солнце выбрасывает в космос
почти 7 млрд. тонн вещества своей короны, состоящей из атомов,
раскаленных и несущихся с огромной скоростью.
солнечный ветер. [10].
9
Они и образуют
Солнечный ветер несет огромное количество радиоактивных частиц
через 149 млн. километров космического пространства. У большинства
частиц на путешествие от Солнца до Земли уходит несколько дней, но
скорость некоторых достигает 10 млн. км/ч и они добираются до нашей
планеты менее чем за 16 часов. [1]. Эти ветры могут вызывать воздушные
потоки в верхних слоях атмосферы, выводить из строя спутники и
электростанции, то есть потенциально для нашей инфраструктуры это не
меньшая беда, чем ураганы и смерчи.
Солнечный ветер состоит из заряженных частиц. Они подвергаются
влиянию нашего магнитного поля. Если солнечный ветер ударит прямо в
верхние слои атмосферы, он выбьет маленькие кусочки атмосферы прямо
в космос.
Предсказать солнечный ветер так же нелегко, как ураган. Но сейчас
ученым известно, что он наиболее вероятен в пик 11-летнего цикла
солнечных пятен. Каждые 11 лет Солнце меняет свое направление
магнитного поля в обратную сторону, значит, через 22 года оно
возвращается в свое прежнее состояние. Поэтому у нас есть 11-летний
период между моментами, когда Солнце
бывает особенно яростным.
Солнечные максимумы бывают разными, некоторые характеризуются
более мощным солнечным ветром. Последний солнечный максимум был в
2012 году. [10].
1.7. Корона Солнца
В основном солнечные буйства сосредоточены во внешней атмосфере
известной как «корона». Этот район считается одной из великих
10
солнечных тайн. Хотя он находится в 700 тыс. километров от ядра, он
горит при миллионной температуре, это противоречит всем законам
физики. Какая сила делает температуру короны равной температуре ядра?
В атмосфере короны Солнца температура такая же, как в ядре.
Температура солнечной короны миллион градусов. Не одно столетие
ученые пытались понять, почему нечто столь удаленное от ядра Солнца
горит при такой же температуре.
Недавно модифицированные спутники зафиксировали поверхность
Солнца с более близкого расстояния. Они обнаружили, что под короной
поверхность Солнца буквально кипит. [10].
Вся поверхность Солнца
покрыта конвективными клетками. Раскаленная материя поднимается
изнутри Солнца, достигает поверхности, охлаждается, испуская солнечный
свет, а потом снова опускается вниз. Каждый поднимающийся к верху
пузырек, размером от 1000 до 2000 км, растекается по поверхности,
охлаждается и через пять минут уходит вниз. Это невероятно бурный
процесс, и это происходит буквально в миллионе мест по всей поверхности
Солнца непрерывно. Этот процесс невероятно шумный. Бурлящая
поверхность Солнца создает достаточно звуковой энергии, чтобы
нагревать корону до миллиона градусов. Ученые считают, что именно
сочетание этих звуковых волн и энергии от магнитного поля Солнца
рождает экстремальные температуры короны. Увидеть корону с земли
можно лишь при полном солнечном затмении.
1.8. Жизненный цикл Солнца
Для Солнца миллионы лет - крошечный временной промежуток. Этот
огненный шар возник миллиарды лет тому назад в результате
чудовищного взрыва известного как «супернова».[1].
После того, как
взорвалась звезда значительно больших размеров чем Солнце, возникло
гигантское облако газа, во много раз превышавшее по размерам
Солнечную
систему.
Маленькие
11
сгустки
материи
постепенно
объединились в этом очень большом облаке через пять млрд лет и через 10
млрд лет после взрыва, который по мнению ученых стал исходной точкой
нашей Вселенной. Это облако под воздействием силы тяжести начало
распадаться. Возможно, наша Солнечная система
возникла из такого
сгустка газа, который вбирал, втягивал в себя своё содержимое. Таким
образом, вокруг звезды возникла система планет, звезда достигла нужной
плотности, и начался процесс термоядерного синтеза, и в результате звезда
начала испускать солнечный свет.[4].
Почему ученые считают, что наша звезда родилась из пепла
«суперновой», доказательства у нас под ногами. Сложные, тяжелые
элементы подобные урану, которые мы извлекаем из земли, чтобы
снабжать атомные электростанции, не могли возникнуть с помощью
Солнца. Звезде такого размера просто не хватает тепла, чтобы создавать
элементы тяжелее, чем железо. Тяжелые элементы, подобные урану, могли
появиться только в результате грандиозного космического взрыва. Земля и
другие планеты Солнечной системы возникли из того же сгустка газа, что
создал Солнце. В ходе этого процесса Солнце вобрало в себя 99% всей
массы. То есть в нашей звездной общине это самый крупный объект, с
самым сильным гравитационным полем, вот почему все прочее вращается
вокруг него.
С давних времен астрономы накапливали данные о жизненных циклах
звезд. Яркие звезды самые молодые, желтые звезды, среднего возраста,
такие как наше Солнце. С помощью этой диаграммы астрономы могут
судить об эволюции звезд и в частности о будущем нашего Солнца.
Жизненный цикл Солнца соответствует главной последовательности.
Солнце постепенно и стабильно сжигает свое водородное топливо, запасов
которого еще хватит на 5 млрд. лет. [4]. Но когда-нибудь они подойдут к
концу, тогда ядро Солнца сожмется, внешняя оболочка солнца расширится
и изменится в цвете. От Меркурия останутся одни воспоминания. Он будет
поглощен расширившимся красным Солнцем. Оно вырастет в 200 раз по
12
сравнению со своим нынешним размером. Его корона достигнет орбиты
Земли так, что будущее нашей планеты представляется безрадостным.
Солнце, которое оставалось неизменным на протяжении 10 млрд. лет
превратится перед гибелью в красного гиганта. На какое-то время оно
станет в 2 тыс. раз ярче, чем сейчас, но это продлится не долго. Внешние
слои будут утеряны, останется лишь остывающее ядро, величиной с
Землю, которое будет слабо светиться, практически до конца времен.
Чудо, поражающее нас своим великолепием, свет которого сделал
возможным жизнь на Земле, погаснет. Газ и пыль, оставшаяся от
умирающего Солнца, разлетятся по космосу и когда-нибудь превратятся в
темную туманность. Возможно, однажды из него возникнет новая звезда и
ее ждут такие же превращения, как и все остальные звезды.
II. Влияние Солнца на планету Земля
Солнце играет очень важную роль в жизни Земли. Всем известно, что
и людям, и животным, и растениям очень важен свет Солнца.
Продолжительность солнечного дня оказывает значительное влияние на
жизнедеятельность организмов на Земле.
Фотосинтез, преобразует солнечную энергию и производит при этом
кислород. Поедая растения, в которых за счёт солнца накоплена энергия,
существуют и животные. Растения Земли поглощают и усваивают всего
около 0,3 % энергии излучения Солнца, падающей на земную
поверхность.[2].
Но и этого, на первый взгляд, мизерного количества
энергии достаточно, чтобы обеспечить синтез огромного количества массы
органического вещества биосферы. В частности, постепенно, переходя от
звена к звену, солнечная энергия достаётся всем живым организмам в
мире, включая и людей.
Земная поверхность и нижние слои воздуха, непосредственно
получают энергию от Солнца. Солнечная энергия постепенно поглощается
земной атмосферой по мере приближения её к поверхности Земли —
13
далеко не все виды излучения, испущенного Солнцем, попадают на Землю.
На Землю доходит только 40 % солнечного излучения, 60 % излучения же
отражаются и уходят обратно в космос.[2].
Под действием солнечного света на Земле происходят такие
грандиозные природные явления, как дождь, снег, град, ураган.
Происходит перемещение огромного количества воды на Земле. Не будь
всего этого — на Земле не было бы жизни. Под действием солнечного
тепла образуются облака, дует ветер, существуют волны на море, а также
происходят медленные, но необратимые процессы выветривания, эрозии
горных пород. Все эти явления и делают нашу планету настолько
разнообразной, неповторимой и красивой. Все эти процессы на Земле
происходят за счёт воздействия на Землю не всех видов солнечного
излучения, а только некоторых. В основном, это видимое излучение и
инфракрасное. Именно воздействие последнего вида излучения нагревает
Землю и создаёт погоду на ней, определяет тепловой режим планеты.
Помимо этого в атмосферу земли проникает поток ионизированных
частиц (в основном гелиево-водородной плазмы), истекающий из
солнечной короны со скоростью 300—1200 км/с в окружающее
космическое
пространство
(Солнечный
ветер).[2].
Множество природных явлений связано с солнечным ветром, в том числе
магнитные бури и полярные сияния.
Озон жизненно важен для существования жизни на Земле. Он
образуется за счёт солнечного излучения, а также благодаря атмосферным
электрическим разрядам — молниям. Благодаря озоновому слою до
поверхности
Земли
доходит
лишь
малая
часть
жёсткого
ультрафиолетового излучения. Ультрафиолетовые лучи опасны для
человека и животных. Однако в небольшом количестве ультрафиолет
необходим человеку.
Ультрафиолетовые лучи способствуют ускорению самоочищения
атмосферы от загрязнения, вызванного антропогенными факторами,
14
способствуют устранению в атмосфере частичек пыли и дыма, устраняя
смог.
Заключение
Исследование нашей ближайшей звезды показало, что Солнце, по
своей сути, представляет собой живой организм с собственным
жизненным циклом. Как и в любом организме, на Солнце происходят
различные процессы, в результате вырабатывается энергия, а также
возникают другие явления, такие как солнечные пятна, вспышки,
геомагнитные бури, солнечный ветер и так далее.
Солнце – один из основных источников жизни на Земле. Воздействие
его на окружающий нас мир огромно. Без Солнца жизнь на нашей планете
Земля невозможна. Если оно погаснет, наш мир исчезнет вместе с ним.
Изучение Солнца с максимально возможной точностью имеет
фундаментальное значение для астрофизики. Чем больше мы будем знать о
Солнце, тем легче узнать, что происходит на других звездах. И это
помогает нам лучше понимать вселенную, в которой мы живем.
Солнце – это сияющая звезда нашей солнечной системы, способная
ошеломлять и своей красотой и своей яростью. Но, в конце концов, даже и
Солнце умрет. Это неприятная новость для человечества, но есть и
положительная сторона. На то, чтобы приготовится к этой катастрофе, у
нас есть пять миллиардов лет.
15
Список использованной литературы
1. Бялко А.В. Наша планета - Земля. - М., 2009.
2. Гуреев Г.А. Земля и небо. – М.: Сашко, 1993.
3. Зирин Г. Солнечная атмосфера.- М.: Мир, 1999.
4. Киппенхан Р. 100 миллиардов солнц: Рождение, жизнь и смерть
звезд. – М.: Мир, 1990.
5. Обридко В. Н. Солнечные пятна и комплексы активности.- М.:
Наука, 1995.
6. Перельман Я.И. Занимательная астрономия: - М.: РИМИС, 2008.
7. Шульгин И.А. Растение и Солнце. - Л., 1993.
8. Энциклопедический словарь юного астронома /Сост. Н. П. Ерпылев.
– М.: Педагогика, 2008.
9. Энциклопедия для любознательных. Москва «МАХАОН», 2013.
10.Интернет сайт: http://www.solnce.info
16
17