Күн атмосферасының активтілігі және оның периоды 1 страница

Күннің массасы, радиусы, жарқырауы, фотосфера, хромосфера, тәжі – бәрі өзгермейді. Бірақ Күннің бетінде, атмосферасында болып өтетін әртүрлі құбылыстар Күннің активтілігінің дәрежесін сипаттайды. Осындай құбылыстарға алаулар, күн дақтары, протуберанецтар, Күн тәжінің түрі жатады. Осындай құбылыстар байқалатын аймақтар актив облыстар деп аталады. Фотосфера, хромосфера, Күн тәжінде активтілік түрліше байқалады.

9-сурет. Күн дискасінің шетіндегі алаулар

Фотосфераның шетінде ақшыл жеңіл бұлт тәрізді облыстар алаулар (9-сурет) деп аталады. Алаулардың жарқырауы басқа маңайындағы фотосфералық облыстарға қарағанда күштірек болады, бұл алаулардағы заттың температурасы 100-150 К артқанын көрсетеді. Осы облыстарда температурамен бірге магнит өрісінің кернеулігі 2-3 есе артады. Осындай күшейген магнит өрістері конвекция құбылысын

күшейтіп температура жоғарлауға ықпал келтіреді.

Алаулары бай облыста кішкене қара дөңгелек пайда болып өсуі мүмкін. Бұл объектілер күн дақтары болады. Күн дақтарының дамуы бірнеше айға созылуы мүмкін, одан кейін бірте-бірте жоғалады. Дақтар фотосфераға қарағанда анық формалары дөңгелек, овал және жеке не топтасып кездесетін объектілер (10-сурет). Дақтарды әртүрлі әдістермен

 

 

10-сурет. Күн дағы

 

зерттеулер жүргізіп мынадай нәтижелерге ие болады: дақтардағы заттың температурасы 4500 К, маңайындағы өзгермеген фотосфераның затының температурасынан 1000-1500 К аз, спектрінде молекулалардың спектрлік жолақтары кездеседі. Дақтардағы зат радиал қозғалыста болады: төменгі қабаттарда дақтардан зат шығады, жоғарғы қабаттарда керісінше ішке қарай кіреді және осы қозғалыстың жылдамдықтары 2-3 км/с. Дақтарда өте күшті магнит өрісі байқалады (кернеулігі 2000-3000 Э).

Күн дақтары парымен пайда болады, ауданы үлкеніректі бас дақ деп атайды. Аз уақыттан кейін (2-3 күндей) екі дақты көптеген кіші дақтар қоршап, дақ тобы пайда болады. Бас дақпен екінші дақтың магнит өрісінің полярлығы қарама-қарсы болады. Дақтар бірінші пайда болғанда күн экваторынан 30⁰-40⁰ бұрыштық арақашықтықта орналасады және күннің екі жарты сферасындағы дақтардың полярлығы қарама-қарсы болады. Бірте-бірте дақтардың орналасуы күн экваторына жақын болады, бірақ ешқашанда дақтар 9⁰ кем қашықтықта кездеспейді. Дақтардың саны күн активтілігінің сипаттамасы болады. Осындай шама ретінде Вольф сандары алынады:

W – Вольф сандары.

g – дақтардың тобының саны ал,

f – жеке дақтардың саны.

Вольф сандары 11 жылдық периодпен өзгеріп отырады. Вольф саны минимал болғанда күннің активтілігі минимумға жетеді, ал Вольф сандары максимумге жеткенде Күннің активтілігі максимал болады. Әрбір цикл дақтардың (30⁰ – 40⁰) гелиографиялық ендіктерде пайда болуынан баста-лады, дақтардың саны максимумға жеткенде олар 15⁰ ендікте кездеседі. әрбір циклдің ішінде күннің бір жарты шарында бас дақтардың магнит өрісінің полярлығы бір болып, келесі циклде дақтардың полярлығы өзгереді. Осымен бірге Күннің жалпы магнит өрісінің полярлығы өзгереді. Сондықтан Күннің активтігінің циклі 11 жыл емес, 22 жыл болады.

Қазіргі кезде Күннің активтігін түсіндіретін қанағаттандыратын теория жоқ. Мүмкін осы құбылыстардың себебі Күннің конвективтік зонасының табиғатына және Күннің дифференциалды айналуына байланысты болады. Дақтардағы заттың температурасының кемуін түсіндіретін бірін-бірі толықтыратын екі механизм бар:

1) Күшті магнит өрісі плазманың қозғалысына әсер етеді; магнит өрісінің энергиясы плазманың кинетикалық энергиясынан асса, конвективтік қозғалыс доғарылады:

2) Конвекцияның әсерінен күшті магнит өрісінде интенсивтілігі жоғары альвен атаулы толқындар пайда болады да, фотосферадан жоғары қабаттарға энергияны таратады, сол себептен осы облыстарда фотосфераның температурасы кемиді.

Күннің активтілігінің көрінісі хромосферада флоккула, хромосфералық от алу және протуберанец деп аталатын объектілер болады.

Флоккулдер. Алау және дақтардың жоғарысында хромосфераның жарқырауы 2-3 есе артады. Жарқыраудың артуы осы облыстағы заттың тығыздығының өсуіне байланысты.

Хромосфералық от алу. Күн атмосферасындағы ең күшті активтілігінің көрінісі болып табылатын хромосфераның жарқырауы (11-сурет) өте күшті артатын облыс. Жарқыраудың артуы магнит өрісінің өзгерістерімен байланысты. Күшті магнит өрістерінің әсерінен заттың температурасы артады. Процесс өте жылдам болғандықтан жарылу немесе от алу процестеріне ұқсас болады. Хромосфералық от алу болғанда Күннің радио, ультракүлгін, рентген сәулеленуінің интенсивтілігі артады.

11-сурет. Хромосфералық от алу

Осымен бірге космикалық сәулелер, корпускуляр ағыны таралады. Күшті хромосфералық от алу болғанда, Жер атмосферасында, магнитосферасында көптеген геофизикалық құбылыстар бақыланады (полярлық шұғыла, қысқа толқын ұзындықтардағы радио-байланыстың бұзылуы, магнит дауылдары).

Протуберанецтер. Протуберанецтер күннің дискасының шетінде өте

анық көрінетін формалары не созыңқы, не доға, не бұлт тәрізді ыстық плазма ағыны (12-сурет). Протуберанецтердің спектрлері хромосфераның спектріндей болады, температурасы 10-15 мың К, тығыздығы маңайын-

 

12-сурет. Үлкен протуберанецтық даму стадиялары

 

дағы ортаның тығыздығынан көбірек. Протуберанецтің төменгі бөлігі хромосферада жатып, жоғарғы жағы Күн тәжінде болады (6-сурет). Олардың созылуы ондаған мың км, ең ұзын протуберанец арқылы хромосферамен күн тәжінің заты араласады. Протуберанецтің пайда болуы дақтардың тобының дамуымен байланысты. Осындай топтың пайда болуының бастапқы кезеңінде олардың үстінде хромосферада лезде жойылатын активті протуберанецтер байқалады, ал топтың дамуының соңғы стадиясында көп уақыт өзгермейтін протуберанецтер байқалады. Протуберанецтердің пайда болуы күшті магнит өрістерімен байланысты.

Күн тәжіндегі активті облыстар сәулелер, әртүрлі доғалар, конденсация түрінде кездеседі. Күн тәжінің формасы өзгермелі болады: күннің активтілігі максимумге жеткенде күн тәжінің формасы симметриялық орналасқан көптеген сәулелерден тұрады: күн активтілігі минимал болғанда күн экваторының бағытындағы сәулелер ұзын, ал полюстерде- қысқа болып, күн тәжінің формасы созыңқы келеді (5-сурет). Күннің тәжінің структурасы магнит өрісінің күш сызықтарының орналасуымен қозғалуына байланысты.

Сұрақтары: 1.Күн жүйесі жайлы жалпы мағлұмат. 2.Күн өлшемі, массасы, тығыздығы. 3.Остік айналу. 4.Күннің температурасы, толық сәуле шығаруы. 5.Күннің магнит өрісі. 6.Күн энергиясының көздері. 7.Күннің ішкі құрылымының моделі. 8.Фотосфера, грануляция, алаулар, күннің дақтары. 9.Күннің спектрі және химиялық құрамы. 10.Хромосфера. 11.Хромосфералық от алу. 12.Протуберанецтар. 13.Күн тәжі. 14.Күннің радиосәулеленуі. 15.Күн желі. 16.Күн энергиясын қолдану прблемасы.17.Күн активтілігі, оның циклы. 18.Гелио- және геофизикалық процестердің байланысы.

 

 

18-ші лекция. Жер туралы жалпы мәліметтер. Жер массасын анықтау. Жердің ішкі құрылы-мын анықтау әдістері. Жер құрылымы жайында қәзіргі көзқарас. Жер атмосферасының құрылымы және құра-мы. Магнитосфера, Жердің радиациялық белдеулері. Күн жүйесіндегі үлкен планеталардың негізгі сипаттамалары: Күннен арақашықтықтары, айналу периодтары, өлшемдері, массалары, тығыздықтары

Т.с. б.

Жер Күннен санағанда үшінші планета. Жердің басқа планеталардан ерекшелігі – оның гидросферасы және биосферасы. Жерді физикалық сипаттары түрліше келетін бірнеше қабаттарға бөледі.Сыртқы қабаттарына гидросфера, биосфера, атмосфера жатады. Жердің атмосферасы бірте-бірте космостық кеңістікке айналады. Литосфера – Жердің қатты денесі, негізгі үш қабаттан құралған. Жер бетінен есептегенде бұл қабаттар жер қыртысы, мантия, ядро деп аталады. Осы қабаттардың физикалық қасиеттері және химиялық құрамы түрліше келеді. Жердің ішкі қабаттарын сейсмология (жер сілкіністер туралы ғылым) көмегімен зерттейді. Жер сілкіністердегі таралатын сейсмикалық толқындардың жылдамдықтары ортаның физикалық сипаттарына тәуелді, сол себептен сейсмикалық толқындардың жылдамдықтарын анықтап, ортаның немесе Жердің ішкі қабаттарыныңы физикалық сипаттарын табады.

Жердің қыртысы қатты жер шарының ең жоғарғы қабаты. Осы қабаттың қалыңдығы құрлықтарда 70 км болып, мұхиттардың түбінде 10 км-ден аспайды. Жер қыртысының тығыздығы болып, өзі базальт пен граниттан құралған. Заттың қысымымен жер қыртысында тереңдікпен температура жетеді. Температураның артуы төменгі қабаттардан келетін жылу ағынына байланысты. Жердің қыртысында тектондық қозғалыстар байқалады. Осы қозғалыстардың себебінен көптеген жер сілкіністер байқалады. Жердің қыртысының бетінің рельефі өте күрделі. Сонда да тау мен сайлардың биіктіктері мен тереңдіктерінің шамалары жер радиусынан көп аз болады.

Жер қыртысы мен мантияның шекарасында заттың тығыздығы секірмелі өзгереді (). Осы бетті Мохо беті деп атайды. Мантияда тығыздық пен температура Жердің центріне қарай артса да, зат қатты күйін сақтайды, тек кейбір өте қызған облыстарда мантияның заты балқып, лава қалталарын жасайды. Бұл қалталардағы магма жер қыртысын тесіп өтіп жоғары қарай бу, газ атқылайды. Осындай құбылыс жанар таудың (вулкан) атылуы болып табылады. Мантияның төменгі шекарасы 2920 км тереңдікте өтеді, бұдан төмен қалыңдығы 2200 км Жердің сыртқы ядросы жатады. Сыртқы ядроның 10,2- , қысымы 1,5× - 3× температурасы 2000- Заттың физикалық қасиеттері сұйықтікіндей болып, электрөткізгіштігі жоғары болады. Ішкі ядроның радиусы 1250км, физикалық сипаты бойынша қатты заттан тұрады. Жердің центрінде температурасы С, қысым тығыздық 15

Жердің ауа қабаты – атмосферасы – 2000км биіктікке дейін созылып, негізінен (78%), (21%)6, (0,9%), (0,00003%), O(0,1%) тұрады.Жердің атмосферасы тропосфера, стратосфера, мезосфера, термосфера, экзосфера деп аталатын қабаттарға бөлінеді. Тропосфера атмосфераның ең төменгі қабаты. Оның қалыңдығы экватор облысында 16-17 км, орташа ендіктерде 10-11 км, полюстер маңайында 7-8 км болады. Атмосферадағы барлық су буы тропосферада болғандықтан, тропосфера өте жақсы инфрақызыл (жылулық) сәулеленуді жұтады. Күннің сәулеленуі жер бетін және атмосфераның төменгі қабатын қыздырады. Жылу ағыны жоғары таралып, бірте-бірте тропосферада жұтылады. Сондықтан тропосфераның температурасы жоғарлаған сайын кеміп, - жетеді. Температураның кемуі доғарылған қабат тропопауза деп аталынады және жылулық сәулеленуге мөлдір болады. Тропопаузадан жоғары қабатта температура өзгермейді. Бұл қабат стратосфера деп аталып, орташа температурасы - жетіп, 20-25 км биіктікке дейін созылады.

Стратосферадан жоғары орналасқан қабат мезосфера деп аталады. Бұл қабаттың төменгі жартысында температура артады. Оның себебі озон молекулаларының оттегі молекуласымен оттегі атомына бөліну реакциясы:

+ → + O

Жұтылатын Күннің толқын ұзындығы болатын ультракүлгін сәулеленуі. Бұл реакцияның нәтижесінде жылу бөлініп шығады және ортаның температурасын арттырады. Озон қабаты 25-30 км биіктікте орналасқан. Мезосфераның температурасының артуы тек 50-55 км биіктікке дейін болады, одан жоғарыда температура кеміп, 80-85 км биіктікте ең аз мәніне жетеді. Бұл қабат мезопауза деп аталынады. Одан жоғары температура артатын термосфера қабаты орналасқан.

Термосфера қабатының температурасының артуы атомдардың иондалуына байланысты болады. Мысалы,

O + → +

Бұл қабатта Күннің қысқа толқындар сәулеленуі жұтылып, еркін электрондар мен иондар пайда болады. Термосфераны ионосфера деп атайды. Ионосферада еркін электрондар мен иондардың концентрациясы жеткілікті болғандықтан өте жақсы радиотолқындар таралады. Термосфераның температурасы 400 км биіктікте жетеді. Бірақ осы температура термодинамикалық емес кинетикалық температура болады.

Атмосфераның ең жоғарғы қабаты (500 км – 2000 км) биіктікте жататын экзосфера деп аталады және температура тұрақты болады.

Атмосфераның химиялық құрамы биіктікпен өзгереді. 100-400 км биіктікте атмосфера молекулярлық азот () және атомдық оттегіден(O) құрылған, 400-700 км биіктікте оттегі атомдары басым келеді; 1000-1500 км биіктікте ауыр элементтер құрып, тек гелий мен сутегі қалады. Осы биіктіктегі атмосфералық қысым атм. жетеді. Жер атмосферасының температурасының биіктікке тәуелділігі төменгі суретте келтірілген (1-сурет).

Кернеулігі 0,5 Э болатын Жердің күшті магнит өрісі бар. Өрістің полюстері Солтүстік Канада және Антарктидада орналасады. Жердің магнитосферасы зарядталған бөлшектерді ұстап қалып, Жердің радиациялық белдеулерін тудырады. ± геомагниттік ендіктердің аралығында 2400 км – 5600 км биіктікте орналасқан энергиясы 20-500 кВ электрондардан құрылған төменгі радиациялық белдеу болып табылады.

1-сурет. Жер және Шолпан атмосферасында температураның

биіктікке тәуелділігі

 

Сыртқы белдеу 12000-20000 км биіктікте ендіктер аралығында орналасады, ал ең алыс 50000-60000 км биіктіктегі белдеу тек электрондардан құрылып, күші тең сақиналы электр тоғы болып табылады.

Жердің магнит өрісінің өзгерістері магнит дауылдары деп аталады. Олар кенетте жер бетінде бір уақытта басталып бір уақытта аяқталады. Бұл өзгерістер Күннің атмосферасындағы құбылыстарда байланыста келеді. Полярлық аймақтарда осындай өзгерістермен бірге полярлық шұғылалар бақыланады.

Жердің магнит өрісінің полюстері Жер бетінде өздерінің орындарын сақтамайды, үнемі қозғалыста болады.

Ай.

Ай – Жердің серігі және Жерге ең жақын орналасқан аспан денесі. Оның радиусы 1738 км, массасы 7,34· кг, тығыздығы 3,35 г/ формасы шар тәрізді. Ай бетіндегі еркін түсу үдеуі 1,63 м/ параболалық жылдамдық 2,38 км/с, сол себептен Айдың атмосферасының тығыздығы Жердікіндей болуы мүмкін емес. Айдың ішкі қабаттарынан аз газ мөлшері шығып тұрса да, ауыр молекулалар Күннің сәулеленуінен атомдарға бөлініп, айдың бетінен ұшып кететіндігінен айда атмосфера жоқ. Айдың айналу периоды .32. Күн тәуліктерінің ұзақтылығы .53. Ұзақ күн бойы Айдың беті + С дейін қызып, түнде С дейін суыиды.

Айдың рельефі (2-сурет) дүрбі немесе кіші телескоппен жақсы байқа-

 

 

2-сурет. Ай. Платон кратері

 

ланады. Айды телескоппен ең бірінші бақылаған әйгілі итальян физигі және астрономы Галилео Галилей болатын. Айдың бетіндегі үлкен қара облыстарды Галилей теңіздер деп атаған және бұл атау ай теңіздерінде су болмайтындығы белгілі болса да дәстүр бойынша сақталып келеді. Құрлықтар деп аталатын Ай бетінің үлкен жарық облыстары жерден көрінетін айдың дискісінің 60% алады: құрлықтар, таулы аудандар, қалған 40% - тегіс жазық қара аудандар мен теңіздермен басылған. Теңіздердің формалары дөңгелектенген, өлшемдері 200-1200 км болады және XVIII-ғасырда Тыныштық теңізі, Айқындық теңізі, Жаңбырлар теңізі, Бұлттар теңізі деп аталған. Өлшемі ең үлкен (2000 км) болатын аймақ Дауылдар мұхиты деген атауға ие болған. Көптеген тау жоталары құрлықтарды басып өтіп, теңіздердің шеттерінде орналасады. Осындай айдың тау жоталары Аппениндер, Кавказ, Альпілер, Алтай деген жер тауларының атымен аталған. Айдың тауларының биіктігі 9 км дейін жетеді. Құрлықтарға енетін теңіздің бөлігі – шығанақ, ал өлшемді оқшауланған қара дақтар көлдер деп аталады.

Ай бетінің таулы аудандарында көптеген кратерлер бақыланады. Сақиналық дуалдармен қоршалған түбі тегіс ортасында дуалдан төменірек төбешік орналасқан дөңгелек кратерлер ай рельефінің ең сипатты формасының бірі болып есептеледі. Кратерлердің диаметрлері 1м-ден 250 км дейін жетеді. Ірі кратерлер ғалымдардың (Геродот, Тимохарис, Гиппарх, Коперник, Кеплер) атымен аталған. Теңіздерде кратерлердің саны аз. Жаңбырлар теңізінде өте анық Архимед ( 73 км), Аристилл ( 51 км), Автолик ( 36 км) кратерлері бақыланады, ал тау жоталарында ірі кратерлердің тізбектерін көруге болады. (Птоломей 146км; Альфонс 124 км; Арзахель 92 км). Кейбір ірі кратерлердің және барлық ұсақтарының формалары шұңқыр тәріздес. Олардың пайда болуы Айға түскен метеориттердің жарылуымен түсіндіріледі. Төбешігі бар ірі кратерлердің пайда болуы Айдағы жанар таулармен байланысты. 1958 жылы астроном Н.А.Козырев Альфонс кратерінің орталық төбешігінің сәулеленгенін бақылады. Үлкен кратерлерден жан-жаққа созылған ақшыл сәулелерде осы жанар таулардың атылуымен түсіндіріледі. Бұл сәулелер Күн жарығын жақсы шағылдыратын заттан құрылған ұсақ кратерлердің тізбектері болып анықталған. Жанар тау атылғанда ірі тастар жан-жаққа ұшып, көптеген кратерлерді жаратқан.

Айдың синхрондық айналуынан Жерден серіктің бір жарты беті ғана көрінеді. 1959 жылы бірінші рет Айдың екінші бетін суретке түсірген советтік планетаралық станция «Луна-3» болатын. 1965-1969 жылдарда советтік планетааралық станциялар («Зонд-3», «Зонд-7») серігіміздің екінші бетінің фотографиялық кескінін қайталаған. Айдың екінші бетінің рельефі бізге қараған бетіндегімен бірдей болмайды. Айдың екінші бетіндегі жазық облыстар қара емес ақшыл болып, талассоидтер деп аталады.

1966 жылы айдың бетіне советтік автоматтық станция «Луна-9» қонып, айдың ландшафтының кескінін Жерге жіберді.

1969 жылы АҚШ астронавтары Айдың бетіне аяқ басты. Олар Н.Армстронг және Э.Олдрин болатын, бұл Айдың бетін басқан бірінші адамдар. Осыдан кейін 2,5 жылдар аралығында Айдың бетіне тағы 5 АҚШ экспедициясы барып келді. Айдың топырағы жерге жеткізіліп, лабораторияларда зерттелді. Осы топырақтың химиялық құрамы жердікімен сәйкес, бірақ кейбір ауыр химиялық элементтер басым келетіндігі айқындалады.

Қазіргі кезде Айды көптеген жасанды серіктер айналып қозғалады. Осы серіктердің қозғалыстарын талдап, Айдың гравитациялық өрісі зерттеледі. Осындай зерттеулердің нәтижелерінен айдың қыртысында тығыздығы жоғары болатын заттың көлемдері бар екені анықталды. Осындай тығыз көлемдер маскон деп аталды.