Zemská atmosféra je plynný obal planety. Spodní hranice atmosféry prochází blízko zemského povrchu (hydrosféra a zemská kůra) a horní hranice je oblast kontaktního vnějšího prostoru (122 km). Atmosféra obsahuje mnoho různých prvků. Hlavní z nich jsou: 78 % dusíku, 20 % kyslíku, 1 % argonu, oxid uhličitý, neonové galium, vodík a tak dále. Zajímavosti si můžete prohlédnout na konci článku nebo kliknutím na.

Atmosféra má odlišné vrstvy vzduchu. Vzduchové vrstvy se liší teplotou, rozdílem plynů a jejich hustotou a. Je třeba poznamenat, že vrstvy stratosféry a troposféry chrání Zemi před slunečním zářením. Ve vyšších vrstvách může živý organismus přijímat smrtelná dávka ultrafialové sluneční spektrum. Chcete-li rychle přejít na požadovanou vrstvu atmosféry, klikněte na příslušnou vrstvu:

Troposféra a tropopauza

Troposféra - teplota, tlak, nadmořská výška

Horní hranice se drží přibližně kolem 8 - 10 km. V mírných zeměpisných šířkách 16 - 18 km a v polárních 10 - 12 km. Troposféra Je to spodní hlavní vrstva atmosféry. Tato vrstva obsahuje více než 80 % celkové hmoty atmosférický vzduch a téměř 90 % veškeré vodní páry. Právě v troposféře vzniká konvekce a turbulence, vznikají a vznikají cyklóny. Teplota klesá s výškou. Gradient: 0,65°/100 m. Ohřátá země a voda ohřívají obklopující vzduch. Ohřátý vzduch stoupá vzhůru, ochlazuje se a tvoří mraky. Teplota v horních hranicích vrstvy může dosáhnout -50/70 °C.

Právě v této vrstvě dochází ke změně klimatu. povětrnostní podmínky. Dolní hranice troposféry se nazývá povrch protože má mnoho těkavých mikroorganismů a prachu. Rychlost větru v této vrstvě roste s výškou.

tropopauza

Jedná se o přechodnou vrstvu troposféry do stratosféry. Zde přestává závislost poklesu teploty s nárůstem nadmořské výšky. Tropopauza je minimální výška, kde vertikální teplotní gradient klesne na 0,2°C/100 m. Výška tropopauzy závisí na silných klimatických jevech, jako jsou cyklóny. Výška tropopauzy klesá nad cyklónami a roste nad anticyklónami.

Stratosféra a stratopauza

Výška vrstvy stratosféry je přibližně od 11 do 50 km. K mírné změně teploty dochází ve výšce 11-25 km. V nadmořské výšce 25-40 km, inverze teplota, z 56,5 stoupne na 0,8°C. Od 40 km do 55 km se teplota drží kolem 0°C. Tato oblast se nazývá - stratopauza.

Ve stratosféře je pozorován vliv slunečního záření na molekuly plynu, disociují se na atomy. V této vrstvě není téměř žádná vodní pára. Moderní nadzvuková komerční letadla létají díky stabilním letovým podmínkám ve výškách až 20 km. Výškové meteorologické balony stoupají do výšky 40 km. Jsou zde ustálené vzdušné proudy, jejich rychlost dosahuje 300 km/h. Také v této vrstvě se koncentruje ozón, vrstva, která pohlcuje ultrafialové paprsky.

Mezosféra a mezopauza - složení, reakce, teplota

Vrstva mezosféry začíná asi na 50 km a končí asi na 80-90 km. Teploty klesají s nadmořskou výškou asi o 0,25-0,3°C/100 m. Hlavním energetickým efektem je zde sálavá výměna tepla. Komplexní fotochemické procesy zahrnující volné radikály (má 1 nebo 2 nepárové elektrony) od r realizují záře atmosféra.

Téměř všechny meteory shoří v mezosféře. Vědci tuto oblast pojmenovali Ignorosféra. Tuto zónu je obtížné prozkoumat, protože aerodynamické letectví je zde velmi špatné kvůli hustotě vzduchu, která je 1000krát menší než na Zemi. A běhat umělé družice hustota je stále velmi vysoká. Výzkum probíhá pomocí meteorologických raket, ale to je zvrácenost. Mezopauza přechodná vrstva mezi mezosférou a termosférou. Má minimální teplotu -90°C.

Linka Karman

Kapesní linka nazývá se hranice mezi zemskou atmosférou a vesmírem. Podle Mezinárodní letecké federace (FAI) je výška této hranice 100 km. Tato definice byla dána na počest amerického vědce Theodora von Karmana. Zjistil, že přibližně v této výšce je hustota atmosféry tak nízká, že aerodynamické letectví zde není možné, protože rychlost letadla musí být vyšší. první vesmírná rychlost. V takové výšce ztrácí pojem zvuková bariéra smysl. Zde ke správě letadlo možné pouze díky reaktivním silám.

Termosféra a termopauza

Horní hranice této vrstvy je asi 800 km. Teplota stoupá asi do 300 km, kde dosahuje asi 1500 K. Výše ​​zůstává teplota nezměněna. V této vrstvě je Polární světla- vzniká v důsledku působení slunečního záření na vzduch. Tento proces se také nazývá ionizace vzdušného kyslíku.

Vzhledem k nízké řídkosti vzduchu jsou lety nad linií Karman možné pouze po balistických trajektoriích. Všechny pilotované orbitální lety (kromě letů na Měsíc) probíhají v této vrstvě atmosféry.

Exosféra - hustota, teplota, výška

Výška exosféry je nad 700 km. Zde je plyn velmi zředěný a proces probíhá rozptyl— únik částic do meziplanetárního prostoru. Rychlost takových částic může dosáhnout 11,2 km/s. Růst sluneční aktivity vede k expanzi tloušťky této vrstvy.

• Plynový plášť neodletí do vesmíru vlivem gravitace. Vzduch se skládá z částic, které mají svou vlastní hmotnost. Z gravitačního zákona lze usoudit, že každý hmotný objekt je k Zemi přitahován.
• Buys-Ballotův zákon říká, že pokud jste na severní polokouli a stojíte zády k větru, pak se zóna bude nacházet vpravo. vysoký tlak, a vlevo - nízká. Na jižní polokouli to bude naopak.

Aurora Borealis - záře svrchních řídkých vrstev atmosféry, způsobená interakcí atomů a molekul ve výškách 90-1000 km s vysokoenergetickými nabitými částicemi (elektrony a protony) napadajícími zemskou atmosféru z vesmíru. Srážky částic se složkami horní atmosféry (kyslíkem a dusíkem) vedou k vybuzení té druhé, tzn. do stavu vyšší energie.

K návratu do výchozího, rovnovážného stavu dochází emisí světelných kvant charakteristických vlnových délek, tzn. polární světla. Je pozorován především ve vysokých zeměpisných šířkách obou polokoulí v oválných pásech (polárních oválech), které obklopují magnetické póly Země, v zeměpisných šířkách 67-70 stupňů. V době vysoké sluneční aktivity se hranice polární záře rozšiřují do nižších zeměpisných šířek – 20-25 stupňů jižně nebo severně.

Aurora Borealis je nejčastěji k vidění v zimě. Tento názor se zřejmě vyvinul z toho, že polární záře se v Rusku velmi často nazývá „severní světla“ (podle názvu polokoule, kde je pozorována) a sever si spojujeme s mrazem, sněhem a podle toho i se zimou. Ve skutečnosti se polární záře nejčastěji vyskytují na jaře a na podzim, kolem jarní a podzimní rovnodennosti a opakují se v cyklech, které trvají přibližně 27 dní a 11 let.

Polární záře se rodí v důsledku slunečních poruch. Potvrzuje to cyklický charakter polárních září, který se ve svých nejvyšších vrcholech shoduje s 27denní rotací Slunce a 11letými výkyvy sluneční aktivity a jejich koncentrace v zóně poruch magnetických polí Země.

Aurora Borealis je jen světlo na obloze. Zároveň je doprovázena obrovským množstvím energie, která se uvolňuje v relativně krátkém časovém úseku. Síla záření se někdy může rovnat zemětřesení o síle 5-6 stupňů. Pulzující polární záře mohou být také doprovázeny slabým pískáním nebo lehkým praskáním.

Formy polární záře jsou různé. Polární záře jsou vidět v různé typy a formy: skvrny, jednotné oblouky a pruhy, pulzující oblouky a plochy, záblesky, záblesky, paprsky a zářivé oblouky, koruny. Záře polární záře obvykle začíná pevným obloukem, nejběžnější formou polární záře, a jak se jasnost zvyšuje, může nabývat dalších, složitějších podob.

Barva polární záře závisí na její intenzitě. Intenzita záře polární záře se určuje podle uznávané mezinárodní stupnice v rozmezí I-IV bodů. Polární záře s nízkou svítivostí (od I do III bodů) se lidskému oku nezdají být vícebarevné, protože intenzita barev v nich je pod prahem našeho vnímání. Polární záře s intenzitou IV a III (na horní hranici) jsou vnímány jako barevné - častěji jako žlutozelené, méně často - červené a fialové. Zajímavé je, že většinu záření vyzařují hlavní složky vysokých vrstev zemské atmosféry – atomový kyslík, který barví polární záře do žlutavých tónů, dodává jim načervenalé záření nebo vnáší do celkového spektra zelenou čáru, a molekulární dusík , která je zodpovědná za hlavní červenou a fialové barvy jeden z nejkrásnějších nebeských jevů.

Přes polární záři můžete vidět hvězdy. Protože tloušťka polární záře je jen několik set kilometrů.

Aurora borealis je viditelná z vesmíru. A nejen viditelné, ale mnohem lépe viditelné než z povrchu Země, protože ani Slunce, ani mraky, ani zkreslující vliv nižších hustých vrstev atmosféry nezasahují do pozorování polární záře ve vesmíru. Podle astronauta z oběžné dráhy ISS polární záře vypadají jako obrovské zelené améby, které se neustále pohybují.

Aurora Borealis může trvat dny. Nebo třeba jen pár desítek minut.

Polární záři lze pozorovat nejen na Zemi. Předpokládá se, že i atmosféry jiných planet (například Venuše) mají schopnost generovat polární záře. Povaha polárních září na Jupiteru a Saturnu je podle nejnovějších vědeckých údajů podobná povaze jejich pozemských protějšků.

Polární záře může být způsobena uměle. Například za pomoci jaderného výbuchu ve vysokých vrstvách atmosféry. Což nějak udělalo americké ministerstvo obrany. Americké armádě se podařilo dosáhnout záře z oblouku karmínové a plynule přecházející od červené přes fialovou až po zelené paprsky. Na základě barevná paleta umělých polárních září se zrodila teorie, že příčina jejich vzniku spočívá v excitaci kyslíku a dusíku obsažených v atmosféře a jejich srážce s nabitými částicemi uvolněnými v důsledku jaderného výbuchu.

Polární záře může být způsobena vymrštěním rakety. Tento jev se však obvykle nazývá umělá záře, protože příčiny jeho výskytu jsou blízké těm, které způsobují přirozené záře vzduchu.

POLÁRNÍ SVĚTLA, nápadný jev luminiscence pozorovaný na obloze, nejčastěji v polárních oblastech. Na severní polokouli se nazývá také polární záře a ve vysokých zeměpisných šířkách jižní polokoule se jí říká jižní záře. Předpokládá se, že tento jev existuje i v atmosférách jiných planet, jako je Venuše. Povaha a původ polárních září byly předmětem intenzivního výzkumu a v tomto ohledu byly vyvinuty četné teorie.

Fenomén luminiscence, do jisté míry blízký polární záři, nazývaný „záře noční oblohy“, lze pozorovat pomocí speciální zařízení v jakékoli zeměpisné šířce.

Tvary polární záře. V minulé roky polární záře byla pozorována vizuálně a fotografována, zejména s použitím nového typu zařízení zvaného "all-round viewing equipment". Polární záře přicházejí v široké škále forem, včetně záblesků, skvrn, stejnoměrných oblouků a pruhů, pulzujících oblouků a povrchů, záblesků, paprsků, zářivých oblouků, závěsů a koron. Záře obvykle začíná jako celistvý oblouk, který je jedním z nejběžnějších tvarů a nemá zářivou strukturu. Jas může být v průběhu času poměrně konstantní, nebo může pulzovat s periodou kratší než minuta. Zvyšuje-li se jas záření, homogenní forma se často rozpadá na paprsky, zářivé oblouky, závěsy nebo koruny, ve kterých se paprsky jakoby sbíhají k vrcholu. Záblesky v podobě rychle se pohybujících vzestupných vln světla jsou často korunovány.Výškové a zeměpisné rozložení. Výpočty provedené na základě mnoha fotografických pozorování na Aljašce, Kanadě a zejména Norsku ukazují, že cca. 94 % polárních září je omezeno na nadmořské výšky od 90 do 130 km nad zemským povrchem. různé formy polární záře se vyznačují vlastní výškovou polohou. Maximální dosud zaznamenaná výška výskytu polární záře je cca. 1130 km, minimálně 60 km.

Herman Fritz a Harry Vestein na základě velkého počtu pozorování v Arktidě stanovili geografické vzorce výskytu polárních září, charakterizovali jejich relativní četnost v každém konkrétním bodě jako průměrný počet dní jejich výskytu za rok. Čáry stejné frekvence výskytu polárních září (isochasmat) mají podobu poněkud zdeformovaných kruhů se středem přibližně shodným se severním magnetickým pólem Země, který se nachází v oblasti Thule v severním Grónsku (

cm . rýže. ). Izochasma maximálních frekvencí prochází Aljaškou, Velkým medvědím jezerem, protíná Hudsonův záliv, jižní část Grónska a Island, sever Norska a Sibiř. Podobná izochazma maximálních frekvencí polární záře pro oblast Antarktidy byla identifikována během studií provedených v rámci Mezinárodního geofyzikálního roku (IGY, červenec 1957 prosinec 1958). Tyto pásy s maximální frekvencí polárních září, které jsou téměř pravidelnými prstenci, se nazývají severní a jižní polární zóny. Pozorování během IGY potvrdila, že polární záře se objevují téměř současně v obou zónách. Někteří výzkumníci navrhli existenci spirálovité nebo dvojité prstencové polární zóny, která však nebyla potvrzena. Polární záře se mohou objevit i mimo zmíněné zóny (viz. níže ). Historické materiály naznačují, že polární záře byly někdy pozorovány i ve velmi nízkých zeměpisných šířkách, například na poloostrově Hindustan. Polární aktivita a související jevy. Polární záře jsou studovány pomocí radarů. Rádiové vlny s frekvencemi od 10 do 100 MHz se za určitých podmínek odrážejí ionizačními oblastmi, které se vyskytují ve vysokých vrstvách atmosféry pod vlivem polární záře. Při použití vysokofrekvenčních rádiových signálů a dálkových antén je možné přijímat odražené vlny o frekvencích až 800 MHz. Radarovou metodou je detekována ionizace i ve dne na slunečním světle a jsou zaznamenávány i velmi rychlé pohyby polárních září. Výsledky fotografických a radarových pozorování naznačují, že aktivita polárních září podléhá denním i sezónním změnám. Maximální aktivita během dne je cca. 23 hodin, přičemž sezónní vrchol aktivity připadá na rovnodennosti a jim blízké časové intervaly (březen duben a září říjen). Tyto vrcholy aktivity polární záře se opakují v relativně pravidelných intervalech a trvání hlavních cyklů je přibližně 27 dní a cca. 11 let. Všechna tato čísla ukazují, že existuje korelace mezi polárními zářemi a změnami magnetické pole Zemi, jelikož vrcholy jejich činnosti se shodují, tzn. polární záře se obvykle vyskytují v obdobích vysoké aktivity magnetického pole, které se nazývají „poruchy“ a „magnetické bouře“. Právě během silných magnetických bouří lze polární záři vysledovat v nižších než obvyklých zeměpisných šířkách.

Pulzující polární záře jsou obvykle doprovázeny pulzacemi magnetického pole a velmi vzácně slabými pískavými zvuky. Zdá se také, že generují rádiové vlny 3000 MHz. Ionosférická pozorování v oblasti rádiových vln ukazují, že ve výškách 80 150 km se ionizace během polárních září zvyšuje. Pozorování provedená pomocí geofyzikálních raket naznačují, že hustá jádra zvýšené ionizace podél siločar magnetického pole jsou spojena s polárními zářemi a s intenzivními polárními zářemi s teplotou. horní vrstvy atmosféra se zvyšuje.

Intenzita a barva záře. Intenzita záře polární záře se obvykle posuzuje vizuálně a vyjadřuje se v bodech podle uznávané mezinárodní stupnice. Slabé polární záře, které svou intenzitou přibližně odpovídají Mléčné dráze, jsou odhadovány v bodě I. Polární záře s intenzitou podobnou měsíčnímu souhvězdí tenkých cirrů v bodě II a kupovitých mraků v bodě III, světlo úplňku v bodě IV. Takže například intenzita bodu III, vycházejícího z oblouku polární záře, odpovídá světlu několika mikrosvíčk na 1 m2. viz Objektivní metodou pro stanovení intenzity záře polární záře je měření celkového osvětlení pomocí fotobuněk. Bylo zjištěno, že poměr intenzity nejjasnějších a nejslabších polárních září je 1000:1.

Polární záře s intenzitou záře v I, II a III (blízko spodní hranice) skóre se nezdají být vícebarevné, protože intenzita jednotlivých barev v nich je pod prahem vnímání. Polární záře s intenzitou záře IV a III (blízko horní hranice) se zdají být barevné, obvykle žlutozelené, někdy fialové a červené. Od doby, kdy Anders Angström v roce 1867 poprvé nasměroval spektroskop na polární záře, bylo v nich objeveno a studováno velké množství spektrálních čar a pásů. Hlavní část záření je emitována dusíkem a kyslíkem, hlavními složkami vysokých vrstev atmosféry. Atomový kyslík obvykle dává polární záři nažloutlé tóny, někdy není barva vůbec žádná, ve spektru se objevuje zelená čára o vlnové délce 5577

a existují také červené zářivé polární záře s vlnovou délkou 6300(typ A). Silné záření molekulárního dusíku na vlnách 4278 a 3914 pozorované u červených a fialových polárních září ve spodní části oblouků nebo drapérií (typ B). U některých forem polárních září byla detekována emise vodíku, což je důležité pro pochopení povahy polárních září, protože tato emise indikuje příchod toku protonů. Teorie o původu polárních září. Jak již bylo zmíněno výše, je již dlouho známo, že projevy polární záře a poruchy magnetického pole Země neboli magnetické bouře mají některé důležité Obecná charakteristika. Proto každá teorie navržená k vysvětlení jednoho z těchto jevů musí vysvětlit ten druhý.

Četnost projevů poruch magnetického pole Země a polární záře s periodou 27 dní a 11letým cyklem naznačují souvislost těchto jevů se sluneční aktivitou, neboť doba rotace Slunce je cca. 27 dní a sluneční aktivita podléhá cyklickým výkyvům s průměrnou periodou cca. 11 let. Skutečnost, že jak polární záře, tak poruchy zemského magnetického pole jsou soustředěny ve stejných pásech, vede k závěru, že obojí je způsobeno působením vysokorychlostně se pohybujících elektricky nabitých částic (protonů a elektronů) emitovaných aktivními oblastmi na Slunci. (záblesky) a polární záře pronikající do zón pod vlivem magnetického pole Země

VESMÍRSKÝ VÝZKUM A VYUŽITÍ) .

Tato myšlenka byla předložena Eugenem Goldsteinem již v roce 1881 a byla potvrzena jako výsledek laboratorní pokusy, kterou jako první provedl Christian Birkeland. Uvnitř katodové trubice umístil železnou kouli, kterou nazval „terrella“, což je model Země a je to elektromagnet pokrytý pláštěm, který působením katodových paprsků fosforeskuje. Když Birkeland vystavil míč působení katodových paprsků vyzařovaných přímo v komoře, dopadly na povrch koule kolem magnetické póly, tvořící pásy luminiscence, podobné pásům polárních září.

Později matematický vývoj tohoto problému realizoval Carl Frederik Sturmer. Vešla ve známost jako teorie Birkeland Stormer, obsahovala však předpoklad, že proud částic se stejným elektrické náboje. Platnost tohoto předpokladu je velmi diskutabilní, protože takový proud částic se nemohl přiblížit k Zemi kvůli elektrostatickému odpuzování mezi podobně nabitými částicemi.

Frederik A. Lindemann v roce 1919 navrhl, že tok nabitých částic je obecně elektricky neutrální, protože se skládá ze stejného počtu kladných a záporných nábojů. Tuto myšlenku vyvinuli Sidney Chapman a Vincent S.A. Ferraro a poněkud upravil David F. Martin. I tato teorie je však diskutabilní. To naznačuje existenci vakua v exosféře a mimo atmosféru, ale nedávná pozorování v těchto oblastech vesmíru naznačují přítomnost nabitých částic.

Někteří badatelé předložili hypotézu, podle níž se oblak slunečního plynu (plazma), který se pravděpodobně skládá z elektronů a protonů, může k naší planetě přiblížit na vzdálenost asi šesti zemských poloměrů od středu Země. Když plazma působí na magnetické pole Země, vznikají magnetohydrodynamické vlny. Tyto vlny a urychlené nabité částice pohybující se podél geomagnetických siločar způsobují magnetické bouře. Urychlené částice pronikají až do výšky cca. 95 km do zón polární záře, vytvářející hustá ionizační jádra podél geomagnetických siločar a způsobující elektromagnetickou emisi polární záře jako výsledek interakce s hlavními složkami horní atmosféry, kyslíkem a vodíkem.

Hrát může i toroidní oblast rozložení nabitých částic obklopujících Zemi (tzv. Van Allenův radiační pás). důležitá role, zejména jako příčina poruch geomagnetického pole a souvisejících polárních září. Za ultrafialové záření Slunce, meteorů a větrů ve vysokých vrstvách atmosféry bylo považováno možné příčiny vznik polárních září. Žádný z těchto jevů však nemůže být primární příčinou, protože velikost jejich změn není dostatečně velká, aby vysvětlila hlavní charakteristiky polárních září. Je nutné provádět další pozorování ve vysokých vrstvách zemské atmosféry i mimo ni pomocí raket a umělých družic, studovat rádiové emise a také rentgenové snímky Slunce a chování vysokoenergetických částic ve stratosféře Použití meteorologických balónů během magnetických bouří a výskytu polárních září.

Umělé "polární záře". Záře podobné polární záři byly produkovány jadernými výbuchy ve vysoké atmosféře, které provedlo americké ministerstvo obrany během IGY. Tyto experimenty byly důležité pro studium Van Allenova radiačního pásu a povahy přírodních polárních září. Takové polární záře byly pozorovány v oblasti ostrovů Maui (Havaj) a Apia (Samoa) krátce po jaderných explozích „Tick“ a „Orange“, které byly provedeny ve výškách cca. 70 a 40 km nad atolem Johnston ve středním Tichém oceánu 1. a 12. srpna 1958. Záře viděná nad Apií 1. srpna sestávala z karmínového oblouku a paprsků, které byly nejprve fialové, pak červené a postupně přecházely do zelené. Další umělé polární záře spojené s explozemi Argus I, II a III provedenými ve výšce cca. 480 km 27. a 30. srpna a 6. září 1958 bylo pozorováno v oblasti výbuchů v jižní části Atlantický oceán. Jejich barva byla červená s příměsí žlutavě zelené. Během exploze Argus III byla také pozorována červená umělá polární záře poblíž Azor, na opačném konci odpovídajících siločar magnetického pole Země od místa výbuchu (tj. na území geomagneticky konjugovaném s touto oblastí).

Tato pozorování jasně ukazují, že umělé polární záře v oblasti exploze a v geomagneticky konjugované oblasti byly způsobeny takovými vysokoenergetickými částicemi, jako jsou elektrony vzniklé v důsledku

b - rozpad při jaderném výbuchu. Jinými slovy, vysokoenergetické částice generované explozí se pohybovaly podél geomagnetických siločar, vytvářely umělé Van Allenovy radiační pásy a vedly k vytvoření „polárních září“ na obou koncích siločar. Soudě podle výšky vzhledu a barevné schéma těchto polárních září lze předpokládat, že příčinou jejich vzniku je excitace vzdušného kyslíku a dusíku v důsledku srážek s vysokoenergetickými nabitými částicemi, což je velmi podobné mechanismu vzniku přirozených polárních září.

Výrazné poruchy zemského magnetického pole a ionosféry souvisely i s výše zmíněnými explozemi ve vysokých vrstvách atmosféry, zejména s experimenty „Teak“ a „Orange“. Tak jsme jako výsledek experimentů získali důležitá informace o přírodních polárních září a souvisejících jevech.

Existuje další antropogenní jev záře vysokých vrstev atmosféry v důsledku emisí plynného sodíku nebo draslíku raketami. Tento jev lze nazvat umělou září, na rozdíl od umělé polární záře, protože její příčiny jsou blízké těm, které způsobují přirozené proudění vzduchu.

LITERATURA Isaev S. I., Pushkov N. V.polární záře . M., 1958
Omholt A. polární záře . M., 1974
Vorontsov-Velyaminov B.A.Eseje o vesmíru . M., 1980

Zázrak ultra dlouhého vidění

Povaha těchto přeludů je nejméně prozkoumaná. Je jasné, že atmosféra musí být průhledná, bez vodní páry a znečištění. Ale to nestačí. V určité výšce nad zemí by se měla vytvořit stabilní vrstva ochlazeného vzduchu. Pod a nad touto vrstvou by měl být vzduch teplejší. Světelný paprsek, který dopadl do husté studené vrstvy vzduchu, je v ní jakoby „uzamčen“ a šíří se v ní jako druh světlovodu. Trajektorie paprsku musí být po celou dobu konvexní směrem k méně hustým oblastem vzduchu.

polární záře

Aurora je záře (luminiscence) horních vrstev atmosfér planet s magnetosférou v důsledku jejich interakce s nabitými částicemi slunečního větru.

Eskymácké a indiánské legendy říkají, že jsou to duchové zvířat tančících na obloze nebo že jsou to duchové padlých nepřátel, kteří se chtějí znovu probudit.

Ve většině případů jsou polární záře zelené nebo modrozelené s občasnými skvrnami nebo okraji růžové nebo červené.

Polární záře jsou pozorovány ve dvou hlavních formách – ve formě stuh a ve formě skvrn podobných mrakům. Když je záření intenzivní, nabývá podoby stuh. Ztrácí na intenzitě a mění se ve skvrny. Mnoho stuh však zmizí dříve, než se rozbijí na skvrny. Zdá se, že stuhy visí v temném prostoru oblohy, připomínající obří závěs nebo závěs, obvykle se táhnoucí od východu na západ v délce tisíců kilometrů. Výška této opony je několik set kilometrů, tloušťka nepřesahuje několik set metrů a je tak jemná a průhledná, že přes ni lze vidět hvězdy. Spodní okraj závěsu je dosti ostře a výrazně ohraničený a často barvený do červena nebo narůžověle, připomínající lem závěsu, horní se postupně ztrácí na výšce a to vytváří obzvlášť efektní dojem hloubky prostoru.

Existují čtyři typy polárních září

Jednotný oblouk - světelný pás má nejjednodušší, nejklidnější formu. Zespodu je jasnější a směrem nahoru na pozadí záře oblohy postupně mizí;

zářivý oblouk - páska se stává poněkud aktivnější a pohyblivější, tvoří malé záhyby a proudy;

zářivý pás - se zvýšením aktivity se větší záhyby překrývají na menší;

Při zvýšené aktivitě se záhyby nebo smyčky rozšiřují do obrovských velikostí, spodní okraj stuhy jasně září růžovým leskem. Když aktivita odezní, vrásky zmizí a tejp se vrátí do jednotného tvaru. To naznačuje, že jednotná struktura je hlavní formou polární záře a záhyby jsou spojeny se zvýšením aktivity.

Často tam jsou polární záře jiného druhu. Zachycují celou polární oblast a jsou velmi intenzivní. Vznikají při zvýšení sluneční aktivity. Tato světla vypadají jako bělavě zelená čepice. Taková světla se nazývajínávaly.

Podle jasnosti polární záře se dělí do čtyř tříd, lišících se od sebe o jeden řád (tedy 10x). První třída zahrnuje polární záři, sotva znatelnou a přibližně stejnou jasem jako Mléčná dráha, zatímco záření čtvrté třídy osvětluje Zemi tak jasně jako Měsíc v úplňku.

Je třeba poznamenat, že polární záře, která vznikla, se šíří na západ rychlostí 1 km/s. Horní vrstvy atmosféry v oblasti polárních záblesků se zahřívají a spěchají nahoru. Během polárních září vznikají v zemské atmosféře vířivé elektrické proudy, které zachycují velké oblasti. Vybuzují další nestabilní magnetická pole, takzvané magnetické bouře. Během polární záře vyzařuje atmosféra rentgenové záření, které se zdá být výsledkem zpomalení elektronů v atmosféře.

Intenzivní záblesky záření jsou často doprovázeny zvuky připomínajícími hluk, praskání. Polární záře způsobují silné změny v ionosféře, což zase ovlivňuje rádiové podmínky. Ve většině případů se rádiová komunikace výrazně zhoršuje. Dochází k silnému rušení a někdy k úplné ztrátě příjmu.

Jak vznikají polární záře?

Země je obrovský magnet, jehož jižní pól se nachází poblíž severního geografického pólu a severní je blízko jižního. Siločáry zemského magnetického pole, nazývané geomagnetické čáry, opouštějí oblast sousedící se severním magnetickým pólem Země, pokrývají zeměkouli a vstupují do ní v oblasti jižního magnetického pólu a tvoří kolem ní toroidní mřížku. Země.

Dlouho se věřilo, že umístění magnetických siločar je symetrické kolem zemské osy. Nyní vyšlo najevo, že tzv. „sluneční vítr“ – proud protonů a elektronů emitovaných Sluncem – naráží na geomagnetický obal Země z výšky asi 20 000 km, táhne jej zpět, pryč od Slunce, tvořící jakýsi magnetický „ocas“ v blízkosti Země.

Elektron nebo proton, který spadl do magnetického pole Země, se pohybuje po spirále, jako by se vinul na geomagnetické linii. Elektrony a protony, které dopadly ze slunečního větru do magnetického pole Země, se dělí na dvě části. Některé z nich stékají po magnetických siločarách bezprostředně do polárních oblastí Země; jiní se dostanou dovnitř teroidu a pohybují se v něm po uzavřené křivce. Tyto protony a elektrony nakonec proudí podél geomagnetických linií do oblasti pólů, kde dochází k jejich zvýšené koncentraci. Protony a elektrony produkují ionizaci a excitaci atomů a molekul plynů. K tomu mají dostatek energie, protože protony přilétají na Zemi s energiemi 10000-20000 eV (1 eV = 1,6 10 J) a elektrony s energiemi 10-20 eV. Pro ionizaci atomů je nutné: ​​pro vodík - 13,56 eV, pro kyslík - 13,56 eV, pro dusík - 124,47 eV a ještě méně pro excitaci.

Vybuzené atomy plynu vracejí přijatou energii ve formě světla, stejně jako se to děje v trubicích se zředěným plynem, když jimi prochází proudy.

Spektrální studie ukazuje, že zelená a červená záře patří excitovaným atomům kyslíku, infračervená a fialová - ionizovaným molekulám dusíku. Některé emisní čáry kyslíku a dusíku se tvoří ve výšce 110 km a červená záře kyslíku se tvoří ve výšce 200-400 km. Dalším slabým zdrojem červeného světla jsou atomy vodíku vytvořené v horních vrstvách atmosféry z protonů přilétajících ze Slunce. Po zachycení elektronu se takový proton změní na excitovaný atom vodíku a vyzařuje červené světlo.

Polární erupce se obvykle objevují den nebo dva po slunečních erupcích. To potvrzuje souvislost mezi těmito jevy. V V poslední době vědci zjistili, že polární záře jsou intenzivnější v blízkosti pobřeží oceánů a moří.

Polární záře se mohou vyskytovat nejen na Zemi, ale i na jiných planetách.

Aurora na Saturnu, kombinované ultrafialové a viditelné světlo (Hubble Space Telescope)

Ale vědecké vysvětlení všech jevů spojených s polární záři naráží na řadu obtíží. Není například znám přesný mechanismus urychlování částic na uvedené energie, jejich trajektorie v blízkozemském prostoru nejsou zcela jasné, ne vše se kvantitativně shoduje v energetické bilanci ionizace a excitace částic, mechanismus vzniku různé druhy luminiscence není zcela jasné, původ zvuků je nejasný.

Průvod pověr. Metodologické aspekty

V školní kurz Fyzika optických atmosférických jevů je studována málo a spíše povrchně. Je to dáno určitou náročností látky a relativně malým počtem hodin fyziky poskytovaných na středních všeobecně vzdělávacích školách. Doplňkové studium předmětu je však stále možné ve volitelných hodinách. V čem velká důležitost hraje viditelnost materiálu a apel na osobní zkušenost studentů při pozorování toho či onoho optického jevu (pokud mluvíme o studentech ve středním Rusku, pak se to nejčastěji týká pozorování barvy oblohy, včetně ranního a večerního svítání, duhy, méně často - korun nebo halo).

Studium optických jevů ve školním kurzu je navíc komplikováno tím, že ne všechny lze vysvětlit pouze z hlediska fyziky. Někdy se k vysvětlení musíte uchýlit k jiným vědám (například při studiu polární záře se používají informace z astronomie, která se nevyučuje na všech školách).

Pokud jde o výuku ve specializovaných filologických hodinách, pak je třeba věnovat větší pozornost nikoli podrobnému zvažování fyzikálních příčin výskytu toho či onoho optického jevu, ale legendám a pověrám s nimi spojeným. Totéž platí pro žáky 7. a 8. ročníku.

Ve specializovaných fyzikálních a matematických hodinách je naopak možné co nejúplnější a nejúplnější zohlednění těchto jevů.

Velkému zájmu studentů se těší i optické jevy, které dosud nedostaly jednoznačné fyzikální vysvětlení. Zde můžeme zmínit fata morgány s ultradalekým dosahem, chronomageny, stopařské fatamorgány a další ne zcela vědecké fenomény. Nejlepší je zvážit takový materiál ve speciálně vedené lekci bludů, nebo pokud to čas nedovolí, můžete se ho dotknout v abstraktní podobě.

Na současné fázi vývoje lidstva, lze snadno vysvětlit, jak se na obloze objevují světelné kříže, které i v našem století děsí ostatní lidi.

Vědecké vysvětlení halo je názorným příkladem toho, jak někdy může být vnější podoba přírodního jevu klamná. Zdá se, že něco je extrémně tajemné, tajemné, ale při bližším zkoumání není ani stopy po „nevysvětlitelném“.

Hledání racionálních vysvětlení děsivých optických jevů však někdy trvalo roky, desetiletí i staletí. Dnes každý, kdo se o něco zajímá, může nahlédnout do příručky, prohlédnout si učebnici, ponořit se do studia odborné literatury. Ale takové příležitosti pro lidstvo se objevily teprve nedávno. Ve středověku to bylo samozřejmě úplně jinak. Koneckonců, takové znalosti ještě nebyly nashromážděny a samotáři se zabývali vědou. Náboženství bylo dominantním světonázorem a víra byla obvyklým světonázorem.

Francouzský vědec K. Flammarion nahlížel historické kroniky z tohoto úhlu. A to se ukázalo: sestavovatelé kronik vůbec nepochybovali o existenci přímé příčinné souvislosti mezi tajemnými jevy přírody a pozemskými záležitostmi.

V roce 1118, za vlády anglického krále Jindřicha I., se na obloze objevily současně dva úplňky, jeden na západě a druhý na východě. Ve stejném roce král zvítězil v bitvě.

V roce 1120 se mezi krvavě rudými mraky, skládajícími se z plamenů, objevil kříž a muž. Všichni očekávali soudný den, ale záležitost skončila pouze občanskou válkou.

V roce 1156 tři duhové kruhy zářily kolem slunce několik hodin v řadě, a když zmizely, objevila se tři slunce. Sestavovatel kroniky v tomto jevu viděl narážku na spor krále s biskupem z Canterbury v Anglii a na zkázu po sedmiletém obléhání italského Milána.

Následujícího roku se znovu objevila tři slunce a uprostřed měsíce byl vidět bílý kříž; kronikář to samozřejmě hned spojil s rozbrojí, která provázela volbu nového papeže.

V lednu 1514 byla ve Württembersku vidět tři slunce, z nichž průměr je větší než postranní. Zároveň se na nebi objevily krvavé a planoucí meče. V březnu téhož roku byla opět vidět tři slunce a tři měsíce. Poté byli Turci poraženi Peršany v Arménii.

Nejčastěji byl nebeským jevům připisován špatný význam.

V tomto ohledu byla do dějin lidstva zaznamenána kuriózní skutečnost. V roce 1551 bylo německé město Magdeburg obléháno vojsky španělského krále Karla V. Obránci města se drželi pevně, obléhání trvalo více než rok. Nakonec podrážděný král vydal rozkaz připravit se na rozhodující útok. Pak se ale stala nevídaná věc: pár hodin před útokem svítila nad obleženým městem tři slunce. Smrtelně vyděšený král usoudil, že nebesa chrání Magdeburg a nařídil, aby bylo obléhání zrušeno.

Něco podobného je známo z ruských dějin. Ano, v„Příběh Igorova tažení“zmiňuje se, že před ofenzívou Polovců a zajetím Igora „zářila nad ruskou zemí čtyři slunce“. Válečníci to brali jako znamení blížících se velkých potíží.

V jiných legendách se uvádí, že Ivan Hrozný viděl znamení své smrti ve „znamení kříže v nebi“.

Zda všechny tyto jevy skutečně existovaly, pro nás nyní není tak důležité. Je důležité, že s jejich pomocí byly na jejich základě interpretovány skutečné historické události; že se pak lidé dívali na svět prizmatem svých zkreslených představ a proto viděli to, co vidět chtěli. Jejich fantazie někdy neznala mezí. Flammarion nazval neuvěřitelné fantastické obrazy namalované autory kronik „příklady umělecké nadsázky“.

Chronomirages

Chronomiráže jsou záhadné jevy, které nedostaly vědecké vysvětlení. Žádné známé fyzikální zákony nemohou vysvětlit, proč mohou fatamorgány odrážet události, ke kterým dochází v určité vzdálenosti, nejen v prostoru, ale také v čase. Obzvláště slavné byly fata morgány bitev a bitev, které se kdysi odehrávaly na zemi. V listopadu 1956 několik turistů strávilo noc ve skotských horách. Ve tři hodiny ráno se probudili z podivného hluku, vyhlédli ze stanu a uviděli desítky skotských lučištníků ve starých vojenských uniformách, kteří stříleli přes kamenité pole! Pak vize zmizela a nezanechala žádné stopy, ale o den později se to stalo znovu. Skotští lučištníci, všichni zranění, se plahočili přes pole a klopýtali o kameny.

A to není jediný důkaz tohoto jevu. Slavnou bitvu u Waterloo (18. června 1815) tedy o týden později pozorovali obyvatelé belgického města Verviers. Vzdálenost z Waterloo do Verviers v přímé linii je více než 100 km. Existují případy, kdy byly takové fatamorgány pozorovány na velké vzdálenosti - až 1 000 km.

Podle jedné z teorií se speciální kombinací přírodních faktorů vizuální informace otiskují v čase a prostoru. A při shodě určité atmosféry, počasí atd. podmínek se opět stává viditelným pro vnější pozorovatele.

Mirages - stopaři

Třída jevů, která také nedostala vědecké zdůvodnění. Patří sem fatamorgány, které po svém zmizení zanechávají hmotné stopy. Je známo, že v březnu 1997 v Anglii spadly z nebe čerstvé zralé ořechy. Předložte několik vysvětlení povahy výskytu těchto stop.

Za prvé, tyto stopy přímo nesouvisejí s fata morgánou. „Potom“ neznamená „kvůli tomu“. Nejtěžší je stanovit obecnou spolehlivost samotných faktů takových jevů.

Dalším vysvětlením je, že rozdíl teplotních vrstev vede ke vzniku vírového efektu, který nasává různé odpadky do atmosféry. Pohyb proudů vzduchu dodává „absorbováno“ do oblasti tvorby fata morgánu. Po vyrovnání teplot „nebeský obraz“ zmizí a trosky padají na zem.

Je těžké mluvit o spolehlivosti takových jevů. Ale stále vzbuzují určitý „mystický“ zájem. Proto mohou být dobře zvažováni v lekci-klamu.

Studiem různých jevů spojených s průchodem světla v atmosféře vědci využívají získané poznatky pro rozvoj vědy. Pozorování korun tedy pomáhá určit velikost ledových krystalků a vodních kapek, ze kterých se tvoří různé mraky. Pozorování korun a svatozáře také umožňuje předpovídat počasí. Pokud tedy koruna, která se objeví, postupně klesá, lze očekávat srážky. Nárůst korun naopak předznamenává nástup suchého a zataženého počasí.

Závěr

Fyzická povaha světla zajímala lidi od nepaměti. Mnoho významných vědců se během vývoje vědeckého myšlení snažilo tento problém vyřešit. Postupem času byla objevena složitost obyčejného bílého paprsku a jeho schopnost měnit své chování v závislosti na životní prostředí a jeho schopnost vykazovat znaky vlastní jak hmotným prvkům, tak povaze elektromagnetického záření. Světelný paprsek, vystavený různým technickým vlivům, se začal ve vědě a technice uplatňovat v rozsahu od řezného nástroje schopného zpracovat požadovanou součást s přesností mikronu až po beztížný kanál přenosu informací s prakticky nevyčerpatelnými možnostmi.

Než však byl zaveden moderní pohled na povahu světla a světelný paprsek našel své uplatnění v lidském životě, bylo ze známé duhy identifikováno, popsáno, vědecky podloženo a experimentálně potvrzeno mnoho optických jevů, které se vyskytují všude v zemské atmosféře. všem složitým, periodickým přeludům. Ale i přes to bizarní hra světla člověka vždy přitahovala a stále přitahuje. Ani kontemplace zimní svatozáře, ani jasný západ slunce, ani široký, polooblohový pás polární záře, ani skromná měsíčním svitem ozářená stezka na vodní hladině nenechají nikoho lhostejným. Světelný paprsek, procházející atmosférou naší planety, ji nejen osvětluje, ale také jí dodává jedinečný vzhled a činí ji krásnou.

V atmosféře naší planety se samozřejmě vyskytuje mnohem více optických jevů, než je uvažováno v této semestrální práci. Jsou mezi nimi jak nám dobře známé a řešené vědci, tak i ty, které na své objevitele teprve čekají. A nezbývá než doufat, že postupem času budeme svědky stále nových a nových objevů v oblasti optických atmosférických jevů, naznačujících všestrannost obyčejného světelného paprsku.

Seznam použité literatury

Gershenzon E.M., Malov N.N., Mansurov A.N. "kurz obecné fyziky"

Koroljov F.A. "Fyzikální kurz" M., "Osvícení" 1988

"Fyzika 10", autoři - G. Ya. Myakishev B. B. Bukhovtsev, nakladatelství "Prosveshchenie", Moskva, 1987. atmosféra ideologických čistek, psychotechnika se vlastně zastavila... - vize) - subjektivní světlo jevy(pocity) nemající charakter...

Amatérští astronomové a lovci polární záře hlásili, že na obloze nad Spojeným královstvím spatřili zelenou záři. Fenomén snadno zaměnitelný polární záře, se nazývá vnitřní záře vzduchu. airglow).

KAMRUL ARIFIN | shutterstock

Tato nebeská záře přirozené přírody se vyskytuje neustále a ve všem. zeměkoule. Existují tři typy: denní ( denní záře), soumrak ( soumraku) a noc ( noční záře). Každý z nich je výsledkem interakce slunečního světla s molekulami v naší atmosféře, ale má svůj specifický způsob vzniku.

Denní záře vzniká, když sluneční světlo dopadne na atmosféru během dne. Část je absorbována molekulami v atmosféře, čímž jim dává přebytek energie, kterou pak uvolňují jako světlo, buď se stejnou nebo o něco nižší frekvencí (barvou). Toto světlo je mnohem slabší než běžné denní světlo, takže ho pouhým okem nevidíme.

Soumraková záře je v podstatě stejná jako ta denní, ale v tomto případě jsou Sluncem osvětleny pouze horní vrstvy atmosféry. Zbytek a pozorovatelé na Zemi jsou ve tmě. Na rozdíl od denního světla, soumraku viditelné pouhým okem.

Chemiluminiscence

Noční záře se nevytváří sluneční světlo dopadající na noční atmosféru, ale jiným procesem zvaným chemiluminiscence.

Sluneční světlo během dne akumuluje energii v atmosféře obsahující molekuly kyslíku. Tato energie navíc způsobí, že se molekuly kyslíku rozpadnou na jednotlivé atomy. K tomu dochází především ve výšce kolem 100 km. Atomový kyslík se však tohoto přebytku energie nedokáže snadno zbavit a v důsledku toho se na několik hodin promění v jakousi „zásobárnu energie“.

Atomovému kyslíku se nakonec podaří „rekombinovat“ a znovu vytvořit molekulární kyslík. Při tom uvolňuje energii, opět ve formě světla. To vytváří několik různých barev, včetně noční zelené záře, která ve skutečnosti není příliš jasná, ale je nejjasnější ze všech záře v této kategorii.

Světelné znečištění a oblačnost mohou rušit pozorování. Pokud ale budete mít štěstí, noční záře lze vidět pouhým okem nebo zachytit na fotografii pomocí dlouhé expozice.

Jurij Zvezdny | shutterstock

Jak se záře liší od polárních září?

Zelená záře noční oblohy je velmi podobná té slavné zelená barva, které vidíme v severních světlech, což není překvapivé, protože jsou produkovány stejnými molekulami kyslíku. Tyto dva jevy však spolu nijak nesouvisí.

Polární světla. ZinaidaSopina | shutterstock

Polární záře vzniká, když nabité částice, jako jsou elektrony, „ostřelují“ zemskou atmosféru. Tyto nabité částice, které byly vypuštěny ze Slunce a urychleny v zemské magnetosféře, se srážejí s atmosférickými plyny a předávají jim energii, což nutí plyny vydávat světlo.

Kromě toho je známo, že polární záře jsou uspořádány do prstence kolem magnetických pólů (polární ovál), zatímco noční záře se šíří po celé obloze. Polární záře jsou velmi strukturované (díky zemskému magnetickému poli) a záře jsou obecně poměrně jednotné. Stupeň polární záře závisí na síle slunečního větru a atmosférické záře se vyskytují neustále.

polární ovál. NOAA

Ale proč ho potom pozorovatelé z Velké Británie viděli teprve nedávno? Faktem je, že jas záře koreluje s úrovní ultrafialového (UV) světla přicházejícího ze Slunce, které se v čase mění. Síla záře závisí na ročním období.

Chcete-li zvýšit své šance, že zahlédnete nebeskou záři, měli byste zachytit tmavou a jasnou noční oblohu v režimu dlouhé expozice. Záře je vidět v libovolném směru bez světelného znečištění, 1020 stupňů nad obzorem.