Явления в солнечной атмосфере.

⇐ ПредыдущаяСтр 6 из 13Следующая ⇒

Кроме гранул, супергранул и спикул, свойственных невозмущенной С атмосфере, наблюдается ряд “ возмущений”. т.е. неоднородностей с относительно коротким временем жизни-пятна, факелы, вспышки, протуберанцы, корональные лучи и дыры.

Солнечные пятна(СП)-наиболее отчетливо видные неоднородности на поверхности С. Они известны более 2 тыс. лет, их зарисовки имеются с 1611г.(когда был изобретен телескоп), по ним Фабрициус установил вращение С, а Галилей получил первую оценку скорости вращения С. Пятна зарождаются в виде маленьких темных пор диаметром 2-4². Зрелое пятно состоит из темной центральной тени(со средним диаметром 17,5 тыс.км. и яркости в 20-30 % от окружающего фона) и менее темной кольцеобразной полутени(со средним диаметром» 37 тыс.км. и яркостью 70-80 % от фона).

Типичная площадь пятна »10^-4 от видимой поверхности С. Компенсируя сниженный уровень излучения вокруг пятна, на расстоянии »50 тыс.км.

располагается кольцо повышенной яркости (на 3% выше фона). Время существования пятен варьирует от нескольких дней до месяцев. Исходя из обработки динамики сп в 1769 г. А.Вильсон установил, что сп- неглубокие воронки на поверхности фотосферы. В 1907 г. А.Маундер обнаружила,что распределение сп можно объяснить ростом с высотой угловой скорости вращения С в фотосфере и нижней хромосфере. Средняя температура тени сп »4200К, на 1600 К ниже температуры невозмущенной фотосферы. Температура тени сп заметно уменьшается с увеличением их площади. Сп наблюдаются лишь в «королевских широтах» от 5 до 52 ° в каждом полушарии.

Сп появляются и существуют группами в среднем по 10 сут.,

37% групп имеют время жизни более 10 сут., 0,4% - более 50 сут.;

0,03% - более 100 сут.; 0,01% - более150 сут. За один С цикл(в среднем 11,2 года) наблюдается около 3000 сп.; их связывают с наличием сильных магнитных полей.

Факелы- сравнительно долго живущие области около сп(«пятен без факелов не бывает»), яркие элементы хромосферных факелов (ф) называют флоккулами.

Фотосферные ф имеют гранулярную структуру, их яркость в среднем на 10% больше яркости невозмущенной фотосферы, отдельные ф на 40-45% превышают яркость фона, экстремумы достигают до 150%. Гранулы в ф живут в среднем около часа, они размером»1000 км и группируются в цепочки вблизи королевских широт.

Хромосферные вспышки- внезапные кратковременные увеличения интенсивности излучения хромосферы в окрестностях сп. Увеличение интегральной яркости во вспышках может быть 10-кратным, продолжительность вспышек меняется от нескольких минут до нескольких часов (в среднем »20 мин.). Одна вспышка в среднем появляется каждые 7 час.

Протуберанцы- лентообразные холодные сгущения газа во внутренней короне.

Их длина»200тыс.км. (до 1900 тыс.км.); высота»50 тыс.км., ширина »1 тыс.км.; среднее время жизни 3 оборота С, типичная температура 15 тыс.К.

Корональные лучи и дыры.В короне выделяются лучи (л), имеющие толщину у основания около 7 тыс.км. и электронную плотность в 5 раз больше, чем в окружающем веществе. Л тесно связаны с протуберанцами – на краю диска они часто совпадают, т.е. являются корональными оболочками волокон. Одной из распрстраненных форм структуры короны являются опахала-лучи, склоняющиеся над системой концентрических дуг, охватывающих относительно темный купол, окружающий протуберанец. В середине 70-х г. открыты радиальные области разрежения короны (корональные дыры). Они формируются в фотосфере, но контролируются магнитным полем внутренней короны. Дыры группируются в полярных областях С, их вращение жестко связано с вращением экваториальной зоны.

Центры активности- области на С, в которых происходят в определенной последовательности перечисленные выше явления. Ведущим фактором в развитии этой последовательности являются магнитное поле.

Солнечная плазма в крайне разреженной форме распространяется далеко за пределы короны в виде солнечного ветра. Его оценивают по направлениям кометных хвостов и по прямым измерениям с космических аппаратов. О вращении С судят по наблюдениям за долгоживущими сп и по допплеровскому эффекту. Дифференциальное вращение внешних слоев С требует наличия потока момента импульса в экваториальную зону, создаваемого регулярными «колесами циркуляции» в меридиональных плоскостях, нерегулярными движениями -–конвекцией в форме гранул и волнами Россби.

Солнечный цикл.

Солнечная активность (са), проявляющаяся в форме возмущений в С атмосфере изменяется во времени. Прежде всего это относится к количеству сп и их распределению .

Числа Вольфа. В 1848 г. цюрихский астроном Рудольф Вольф ввел в качестве индекса са число

W=k(N1+10N2)

где N1- количество пятен в данный момент независимо от их размеров.

N2- количество групп пятен,

к-коэффициент перевода других обсерваторий к обсерватории Цюриха.

Средняя длительность цикла колебаний чисел Вольфа (он назван солнечным циклом) равна 11,2 г. Теория этого цикла является глобальной проблемой магнитной гидродинамики С. Колебания са проявляются не только в сп, но и в других явлениях (хромосферных вспышках, протуберанцах и др.)

Анализ графика W(t) выявил нерегулярность (рис.1) его изменений:

между минимумами от 9,0 до 13,6 лет,

между максимумами от 7,3 до 17,1 лет.

значения минимума от 0 до 11,2; максимума от 48,7 до 189,5.

Солнечно-земные связи.

Данные спутниковых наблюдений свидетельствуют о наличии коротко периодичной (несколько суток) изменчивости солнечной постоянной I₀, достигающей 0,1-0,2%. Виллсон (1984) за 152 сут. спутниковых наблюдений получил оценку 1368,3 вт/м² (с точностью 0,5%) . Обработка трехлетней серии наблюдений привела к оценкам среднего значения I₀ 1371,0 вт/м², ско 0,78 вт/м² (0,057%), размах ежедневных данных 1367,8 – 1373.0 вт/м² (0,38 % по отношению к среднему I₀).

Таким образом, систему “С и З”, строго рассуждая, необходимо рассматривать как термодинамическую; С воздействует на З как электромагнитным, так и корпускулярным излучением; для последующего изложения одним из наиболее существенных постулатов является “постоянный” приток лучистой энергии от С к З и его распределение между атмосферой, сушей и океаном.

Система "океан-атмосфера".

Атмосфера и океан как в целом, так и раздельно (объемы воздуха и воды) удовлетворяют требованиям к термодинамическим системам. Совокупность свойств системы, таких как температура, давление, влажность, соленость и т.д. определяют состояние термодинамической системы, а изменение её состояния, а следовательно, и ее свойств, называется процессом. Таким образом, любые преобразования энергии, изменения количества вещества и его свойств как для атмосферы и океана так и для их ограниченных объемов, перенос вещества и т.д. являются процессами,

происходящими в термодинамической системе. Обмен теплом, паром и количеством движения между атмосферой и океаном, океанические и воздушные течения, изменения агрегатного состояния воды - это термодинамические процессы.

Если при протекании процесса система не обменивается веществом с окружающей средой, то в термодинамике её называют закрытой, а если вдобавок она не обменивается еще и теплом и работой, то такую ситему называют полностьюизолированной. Практически атмосфера и океан не являются ни закрытыми, ни тем более изолированными ситемами.

Мировой океан и атмосферу в целом с достаточной степенью точности можно принять за закрытую систему. Воздух и вода представляют собой многокомпонентные системы, параметры которых определяются парциальным

(от латинского pars=часть, частичный, отдельный) составом элементов, образующих эти системы..

Наиболее меняющимися элементами и наиболее существенно влияющими на состояние систем являются влага в воздухе и соли в Мировом океане. Поскольку соотношение газов, по крайней мере, в тропосфере, практически не меняется, как почти не меняется и солевой состав морских вод, то эти системы можно считать бинарными: воздух состоит из сухого воздуха и влаги, а морская вода - из пресной воды и солей.

Общность физических свойств атмосферы и океана.

Воздух и вода в термодинамике рассматриваются как сложные материальные системы с непрерывным распределением вещества и физических характеристик.

Лёгкая подвижность или текучесть приводят к тому, что под действием силы вода и воздух легко перемещаются в свободное пространство и только твердая преграда может помешать их растеканию. В гидромеханике текучесть вещества определяется тем, что внутреннее трение в нем отлично от нуля только при движении его слоёв относительно друг друга, т.е. при существовании сдвига скоростей. При относительном покое жидкости и газа внутреннее трение в них отсутствует. Когда при изучении движения жидкости или газа их внутреннее трение не учитывается, их называют идеальными, в противном случае - вязкими.

Вязкость - это способность двух слоев жидкой среды сопротивляться скольжению относительно друг друга. Её можно определить как тангенциальную силу, действующую на единицу площади и способную вызвать в жидкой среде единичный градиент скорости по нормали к потоку.

Табл.1.

	Плотность (кг/м³)	Вязкость (Н·с/м²)
Воздух	1,2	1,8·10^-5
Вода	1,0·10³	1,0·10^-3

В таблице приведены значения вязкости при атмосферном давлении и Т=20⁰С, при турбулентном движении эффективная вязкость во много раз превышает эти значения.

Плотность воды и воздуха меняется, поэтому им присуща сжимаемость. Однако расстояние между молекулами в воде много меньше, чем в воздухе. Это приводит к возникновению в воде значительных молекулярных сил сцепления, особенно сильно выраженных на поверхности. Эти силы назвали поверхностными.

Учитывая общий характер убывания плотности по вертикали в атмосфере и океане, они являются устойчивыми. Нарушение устойчивого состояния вызывает интенсивные вертикальные движения как в газообразной, так и в жидкой среде. Атмосфера в первую очередь оказывает влияние на поверхностный наименее плотный слой океана, а океан - на самый нижний плотный слой атмосферы. Если в результате взаимодействия происходит уменьшение плотности соприкасающихся сред, то это способствует уменьшению устойчивости атмосферы и увеличивает устойчивость океана. При увеличении плотности соприкасающихся слоев воздуха и воды происходит обратное явление.

Понятие "система океан-атмосфера" объединяет широкий круг объектов самых разнообразных масштабов, начиная с молекулярных и кончая планетарными образованиями в обеих средах. Эти две среды, находясь в непосредственном контакте, непрерывно обмениваются внутренней и механической энергий и веществом.

Основным отличительным свойством океана является его высокая тепловая инерция. Океан может запасать большие количества тепла и сравнительно медленно отдавать его атмосфере. Благодаря этому происходит уменьшение как амплитуды сезонных колебаний температуры, так и глобального меридионального градиента температуры путём адвекции тепла морскими течениями. Являясь дополнительным инерционным звеном, океан порождает целый спектр вынужденных колебаний и автоколебательных процессов (ветровые волны, сейши, бризовые и муссоные циркуляции, термобарические сейши, Эль-Ниньо и пр.). Во многих отношениях газовый состав атмосферы зависит от океана.

Дата добавления: 2019-02-12; просмотров: 1068; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 1 2 3 4 567 8 9 10 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!