Игорь Сачков
Солнечный ветер: пособие по теме «Плазма» школьного курса физики
Предисловие
Необходимо обратить внимание возможных читателей, что предлагаемая электронная брошюра не предназначена для подготовки к сдаче экзаменов и ЕГЭ. Автор преследует более важную цель: рассказать о том, чего нет в стандартных учебниках и пособиях по физике для школ и вузов, но является одной из важнейших научных физических проблем последних семи лет. Что такое солнечный ветер и как он может повлиять на существующую сейчас цивилизацию?
Приступая к чтению, необходимо учитывать два обстоятельства.
1). Издание рассчитано лишь на наиболее подготовленных учащихся. Если читатель почувствует скуку и раздражение от непонятных терминов, не нужно мучить себя. 2) Предлагаемый материл носит ознакомительный характер. Более полные сведения могут быть получены лишь в результате трудоемкого изучения статей из интернета и книг. Для того, чтобы их найти, достаточно нажать поисковик.
Введение
Ниже представлены дополнительные материалы по теме «плазма» школьного курса физики для 10-го класса. В учебнике говорится, что «плазма – это частично или полностью ионизованный газ, в котором плотности положительных и отрицательных зарядов практически одинаковы… Около Земли плазма существует в космосе в виде солнечного ветра, заполняет магнитосферу Земли, образуя радиационные пояса Земли и ионосферу. Процессами в околоземной плазме обусловлены магнитные бури и полярные сияния».
Что же такое солнечный ветер? На обложке представленной здесь электронной брошюры изображен фрагмент картины И.К. Айвазовского «Ветер на море и солнце». На картине все просто. Ветер на море представляет движение воздуха, создаваемое перепадами давления в атмосфере. А что является солнечным ветром в космосе?
Почему эта тема важна для людей? Мы хорошо знаем, что Солнце освещает Землю днем, обогревает людей и животных весь год, позволяет расти картошке и другим растениям и поэтому кормит всех нас. Но может ли быть Солнце опасным для нас?
Оказывается, ученые в последние семь лет стали говорить, что солнечный ветер убил жизнь на планете Марс. Это произошло очень давно – 2 миллиарда лет назад. А Земля, как известно из повседневного опыта, спаслась. Почему? Рассмотрим ниже происхождение и свойства солнечного ветра
Откуда берется солнечный ветер. Как его можно увидеть?
Как образуется солнечный ветер
20 лет назад ученые сделали открытие. Раньше считалось, что Солнце – ярко светящийся диск, изображенный на рис.1.
Рис.1.
Но после того, как в космос с помощью ракет отправили телескопы, оказалось, что поверхность Солнца «кипит» от множества каких-то взрывов. Их не видно было из-за того, что воздух создавал для телескопа «засветку», «ослеплял» его. Лишь во время солнечных затмений удавалось заметить «корону» солнца. А в космическом вакууме помеха исчезла. И обнаружилось множество необыкновенных физических явлений, которые происходят на «солнечном диске». Вот одна из удивительных фотографий поверхности нашего светила.
Рис.2.
Взрывы на поверхности Солнца, которые можно здесь увидеть, называются протуберанцами. Поверхность Солнца покрыта множеством протуберанцев. Протуберанцы могут выглядеть, как «круглые» молнии, рис.3.
Рис.3.
Протуберанцы состоят из плазмы и могут отрываться от поверхности нашего светила, распространяясь на миллионы километров. Они имеют огромные размеры, сравнимые с размером самого Солнца. Через посредство солнечного ветра наша планета осуществляет контакт с поверхностью Солнца. Каков масштаб этого взаимодействия?
Величина солнца – гигантская. Чтобы сравнить диаметр Солнца и Земли, достаточно посмотреть фотографию прохождения Венеры по диску Солнца, рис.4.
Рис.4.
Черный кружок в верхней части солнечного диска – это Венера. Маленькие черные отметины – это так называемые «солнечные пятна», о которых разговор нужно вести отдельно.
Фотографию получили следующим образом. Иногда, один раз за 20 лет, Венера пролетает между Землей и Солнцем, заслоняет раскаленную поверхность и выглядит на фоне солнечного диска, как черный кругляшек. Размер Венеры близок размеру Земли. Значит, можно сказать, что в маленькой черной точке на представленной фотографии, могли уместиться океаны и материки Земли, все ее горы и бесконечные пустыни. Оказывается, что размер Солнца – совершенно необозрим, в масштабах Земли. Поэтому и величина протуберанца и характер взрыва, породившего солнечный ветер – огромны!
Для людей самый чудовищный взрыв на Земле – это взрыв атомной бомбы. Но для Земли в целом – это всего лишь булавочный укол на теле слона. В то же время размер протуберанца – в десятки раз больше размеров Земли. Вспышки протуберанцев – это самые страшные катастрофы в солнечной системе.
Как уже говорилось, протуберанцы, как и само Солнце, состоят из плазмы. Рассмотрим в следующем разделе, что это такое.
Что такое плазма?
Плазма – это «четвертое состояние вещества». Первое состояние – твердое, второе – жидкое, третье – газ. Первые три состояния хорошо известны. Например, вода может быть твердой – это лед. Может быть «обычной», жидкой. И может быть паром, то есть «водяным газом». Плазма отличается от газа тем, что легко проводит электрический ток. Этим свойством плазма похожа на металл, например, медь.
Рис.5.
Как получить плазму? Плазма – это раскаленный газ, который находится, например, внутри молнии, рис.5. Плазма молнии проводит очень сильный электрический ток, который течет из тучи на землю. Пары воды внутри канала молнии также превращаются в плазму. Резкий нагрев воздуха, окружающего молнию, создает оглушительный гром.
Более спокойную и совершенно беззвучную плазму можно увидеть в неоновых трубках уличной рекламы, рис.6, или на плазменном экране телевизора. Цвет свечения зависит от газа, заполняющего трубку. Неон дает оранжевый цвет, криптон – синий и т.д.
Рис.6.
Солнечный ветер создается плазмой, оторвавшейся от протуберанцев и распространяющейся в межпланетном пространстве. Поскольку Солнце состоит в основном из водорода, то его плазма представляет продукт ионизации водорода, то есть смесь отдельных электронов и протонов (их свойства изучаются в 11-м классе). Помимо протуберанцев, ветер создается также и другими «взрывами» на поверхности Солнца, например, его короной, пятнами и другими элементами солнечной поверхности. Основным механизмом, создающим солнечный ветер, служит явление электромагнитной индукции, которое рассматривается в разделе «электродинамика» курса общей физики. Подробное его осуждение выходит за рамки настоящей брошюры.
Как увидеть солнечный ветер?
При движении в вакууме
