Как найти размер солнечного пятна

Решебник по астрономии 11 класс на урок №20 (рабочая тетрадь) – Строение солнечной атмосферы

1. Дайте определения понятиям, связанным с солнечной атмосферой.

Фотосфера — тонкий слой, из которого выходит всё видимое излучение Солнца.

Пятно — самые приметные объекты на Солнце тёмного цвета, температура которых понижена по сравнению с окружающими участками фотосферы.

Факел — яркие образования, видимые в белом свете преимущественно вблизи края диска Солнца.

Вспышка — мощные и быстроразвивающиеся процессы в хромосфере.

Протуберанец — гигантские арки или выступы, видимые на краю солнечного диска.

Солнечный ветер — самая разряжённая и горячая оболочка Солнца.

2. Во время нижних соединений Меркурия с Солнцем планету иногда можно наблюдать на фоне солнечного диска. По каким признакам её можно отличить от пятен, которые в это время также могут наблюдаться на Солнце?

В эти моменты Меркурий будет выглядеть более тёмным, в отличие от пятен, и перемещаться с заметной скоростью.

3. Определите размер наибольшего солнечного пятна, изображённого на рисунке. Сравните размеры пятна с размерами Земли.

Пусть d — диаметр солнечного диска, а d(n) — диаметр солнечного пятна, то

где D — диаметр Солнца, D(n) — реальный диаметр солнечного пятна. Произведя расчёты, получим: d = 50 мм и d(n) = 2 мм. Реальный диаметр Солнца равен 1 392 000 км, значит диаметр пятна равен 128 000 км — 4,4 диаметра Земли.

4. На рисунке показаны два последовательно сделанных снимка Солнца в масштабе 5800 км в 1 мм. Измерив высоту протуберанца на снимках, определите среднюю скорость движения в нём вещества в интервале времени между первым и вторым наблюдателями.

— скорость движения вещества протуберанца, где Δt — разница времени получения снимков, Δl — изменение высоты протуберанца, μ — масштаб снимков.

Сделав измерения на рисунке, получим: Δl = 12 мм, Δt = 840 с. Тогда получим:

5. Определите температуру солнечного пятна, если его яркость в 9 раз меньше яркости окружающей его фотосферы.

Если I(ф) — яркость фотосферы, а I(п) — яркость пятна, то I(ф) / I(п) = 9. Используя закон Стефана-Больцмана, получим:

Страницы: [1]   Вниз

0 Пользователей и 1 Гость просматривают эту тему.

---

---

---

---

---

---

---

Страницы: [1]   Вверх

Цель лабораторной работы: Изучение солнечной активности по фотоснимкам.

Теория вопроса

Солнечная активность характеризуется различными факторами. Прежде всего, это количество солнечных пятен – областей с сильным магнитным полем и более низкой температурой. Сильное магнитное поле пятна подавляет конвективные течения, приносящие энергию из недр Солнца, и поэтому газ в центре пятна остывает, температура пятна на Солнце 4000 К – 5000 К. Но полный поток энергии сохраняется, поэтому около пятна образуется яркий ореол с более высокой температурой, чем 6000 К. Солнечная активность характеризуется также солнечными вспышками, протуберанцами, корональными дырами.

Статистика солнечных пятен сводится к подсчету числа групп пятен g и числа всех пятен f, включая в группы и одиночные пятна. По результатам подсчета вычисляется число Вольфа: W = 10g + f.

Например, если число групп пятен g = 10 и число пятен N = 90, то число Вольфа W = 10g + N = 190.

Если среднее число Вольфа превышает 200 единиц, а среднее количество солнечных групп было больше десяти, то такие параметры соответствуют эпохе максимума пятнообразовательной деятельности Солнца и максимальной солнечной активности.

В июле 2000 года среднемесячный показатель числа Вольфа достиг аномальных величин, превысив 300 единиц. Последствием такой солнечной активности явилось даже наблюдения полярного сияния в Москве и Подмосковье в ночь с 15 на 16 июля 2000 года (широта 56^o).

Полярные сияния могут возникать как следствие сильной магнитной бури, являющейся последствием солнечной активности.

Полярное сияние под Москвой, март 2015 г.

Если угловой размер солнечного пятна составляет 17″, то его линейные размеры около 12363 км, примерно равны диаметру Земли.

Это же можно оценивать и проще. Если угловой размер Солнца около 30 минут=1800 , то угловой размер пятна, которое в сто раз меньше, имеет примерно размеры в сто раз меньше размеров Солнца. А это примерно размеры нашей Земли.

Рис. 1. Рисунки Галилея, 1612 г.

Задания лабораторной работы

Задание № 1. Подсчитать число Вольфа W по фотографиям Солнца. Сравнить с табличными данными о числе Вольфа за 2001 и 2002 год. Сделать вывод о проявлениях солнечной активности за наблюдаемый 23 цикл солнечной активности и за 24 цикл солнечной активности.

Справочные данные – см. файл в Приложении “ Числа Вольфа 2019.doc”.

Справочные данные о
солнечной активности и числе Вольфа W

2000 г. На Солнце было очень много
солнечных пятен.

В течение месяца солнечная активность также меняется.             Июль 2000 года:

2001 г пик
солнечной активности пришелся на сентябрь

2002

2003

2004

2005

2006

2007

месяц	I	II	III	IV	V	VI	VII	VIII	IX	X	XI	XII	дням	месяцам
W	27.52	16.39	9.35	8.06	18.94	18.89	14.94	10.06	4.98	2.65	2.66	17.03	12.64	12.62

2008

месяц	I	II	III	IV	V	VI	VII	VIII	IX	X	XI	XII	дням	месяцам
W	2.40	0.76	8.00	6.08	2.77	3.55	0.00	0.00	2.80	5.40	5.86	0.00	2.89	3.13

2009

месяц	I	II	III	IV	V	VI	VII	VIII	IX	X	XI	XII	дням	месяцам
W	1.57	2,4	2,3	0	1,5	6,0	2,29	0	4,93	4.53	4,5	25	4,3	4,59

2010

месяц	I	II	III	IV	V	VI	VII	VIII	IX	X	XI	XII	дням	месяцам
W	16,8	37,5	21,92	11,4	15,45	13,68	19,76	34,06	43,9	44.29	35,0	16,25	23,25	25,83

2011

месяц	I	II	III	IV	V	VI	VII	VIII	IX	X	XI	XII	дням	месяцам
W	24,73	49,47	80,5	105,55	79,94	56,84	68,06	67,07	122,62	158,33	141,2	108,25	78,89	88,55

2012

месяц	I	II	III	IV	V	VI	VII	VIII	IX	X	XI	XII	дням	месяцам
W	90,15	59,5	114,3	122,54	117,18	119,75	129,93	99,23	109,7	78,2	79,00	58,08	99	98,1

2013

месяц	I	II	III	IV	V	VI	VII	VIII	IX	X	XI	XII	дням	месяцам
W	107,29	67,14	72,75	94,71	115,18	93,19	99,79	110	63	137	106,5	144,2	97,71	100

2014

месяц	I	II	III	IV	V	VI	VII	VIII	IX	X	XI	XII	дням	месяцам
W	131,75	161,11	158,22	162,73	121,71	99,8	159,27	114,5	145,29	120	128,00	92,00	135,28	134,03

2015

месяц	I	II	III	IV	V	VI	VII	VIII	IX	X	XI	XII	дням	месяцам
W	105	65	71,25	65,1	77,92	69,73	93,29	69,6	71	65	64,33

2016

месяц	I	II	III	IV	V	VI	VII	VIII	IX	X	XI	XII	дням	месяцам
W	61.22	71.63	43.67	53.50	53.00	30.25	38.81	49.59	37.25	22.00	22.33	22.50	44.35	45.98

2017

месяц	I	II	III	IV	V	VI	VII	VIII	IX	X	XI	XII	дням	месяцам
W	26,7	26,5	14,6	43	19	17,8	17,00	34,14	27,7	6,25	8,25	7,8	22	20

2018

месяц	I	II	III	IV	V	VI	VII	VIII	IX	X	XI	XII	дням	месяцам
W	6	1	6	4	1	0	7	0	0	1	0	1

Группа________Фамилия, имя________________________Дата_____________

Практическая работа № 2

Определение линейных размеров солнечного пятна

Цель работы : рассмотреть фотографию солнечного диска с пятнами и получить представление об их возможной форме, количестве и расположении; рассчитать линейный размер любого пятна и сравнить его площадь с площадью поверхности планеты Земля.

Оборудование : линейка, фотография Солнца с пятнами.

Теория .

Пятна на Солнце впервые наблюдал в телескоп Галилей в 1610 году, хотя ещё в Никоновской летописи в 1365 и 1371 годах говорится ” бысть знамение в Солнце, места черны по Солнцу аки гвозди”.

Пятна – более холодные области фотосферы (с температурой 3500⁰К). Образование пятен связано с магнитным полем Солнца. Небольшие пятна имеют в поперечнике несколько тысяч километров. Размеры крупных пятен достигают 100 000 км; такие пятна существуют около месяца. Пятна – места выхода в атмосферу сильных магнитных полей, которые уменьшают поток энергии, исходящей из ядра. Следствием этого и является падение температуры в местах их выхода.

Солнечные пятна часто образуют группы, которые могут занимать значительную площадь на солнечном диске.

Факелы — горячее атмосферы примерно на 2000⁰К, имеют ячеистую структуру с величиной ячейки ~30000км. Факелы образуются в результате конвекции из глубоких слоев Солнца и могут существовать недели и месяцы.

Часто образуются целые факельные поля. Внутри факельных полей не обязательно образуются пятна. Сначала внутри факельного поля появляется черная точка, которая быстро растёт и через сутки возникает пятно с резкой границей. Через 3-4 дня вокруг пятна появляется полутень. На 10-ый день размеры пятна максимальны, затем оно уменьшается и исчезает (сначала исчезают самые мелкие пятна).

Солнечные вспышки похожи на огромные взрывы, длящиеся всего лишь несколько минут (высвобождается энергия порядка 100 000 миллиардов кВт/час) Столько тепла поступает от Солнца на Землю в год! Причины вспышек пока еще плохо изучены. Многие учёные считают, что они вызываются резким изменением магнитного поля в хромосфере.

Ход работы :

1. Измерьте с помощью линейки диаметр Солнца D и запишите полученный результат в условных единицах масштаба (например, значение диаметра Солнца вы получили 20 см = 200 мм = 200 у. е. (условных единиц масштаба)):

D=12см=120мм=120у. е.

2. Зная, что линейный (реальный) диаметр Солнца приблизительно равен D_л=1 390 600 км, можно рассчитать линейный масштаб изображения, то есть сколько реальных километров содержится в 1 условной единице масштаба (запишите полученный масштаб, используя стандартную запись числа):

     Dл   1 390 600 км

mл = —— = ————————= 11588, 3( ) ≈ 12000( ) ≈ 12•103( )

      D      120 у. е.

3. Выделите на фотографии пятно, размер которого вы будете измерять, и запишите его номер в таблицу: ____________.

4. Приблизительно измерьте с помощью линейки диаметр пятна d и запишите это значение в условных единицах масштаба (мм = у. е. ): d=____________________.

5. Вычислите линейный диаметр пятна по формуле, где диаметр пятна d нашли в п. 4, а m_л в п. 2:

dл= d· mл = _______________________(км)

6. Переведите в систему СИ данное значение диаметра пятна d_л (помните, что 1км=1000м=10³м ):

 d_л= _____________(м).

7. Вычислите примерную площадь пятна S_п(в СИ), считая его круглым, используем формулу площади круга S_п= , где =3. 14 (используйте стандартную запись числа):

___________________________________________________________________
S_п= ———————–≈
__________________________________________________________________

8. Запишем средний радиус R_З нашей планеты Земля (в СИ):  

RЗ ≈ 6376км ≈ 6400км≈ 6, 4·103 км≈ _____________(м).

9. Рассчитайте площадь поверхности планеты Земля (принимая её форму за шар):

S_З = 4π R_З ² = ___________________________________________________

10. Занесите все полученные данные и результаты в сводную таблицу:

Диаметр Солнца	Линейный диаметр Солнца	Линейный масштаб изображения	Номер пятна	Диаметр пятна	Линейный диаметр пятна	Площадь пятна	Площадь поверхности Земли
D, у. е.	Dл, км	mл, км/у. е.		d, у. е.	dл, м	Sп, м2	SЗ, м2

11.  Сделайте вывод о полученных результатах. Сравните полученные площади солнечного пятна и поверхности Земли по формуле: . Какая площадь больше? Во сколько раз?

_________________=          (раз)
_____________________________________________________________________
Вывод: _______________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________

Теория вопроса

Солнечная активность характеризуется различными факторами. Прежде всего, это количество солнечных пятен – областей с сильным магнитным полем и более низкой температурой. Сильное магнитное поле пятна подавляет конвективные течения, приносящие энергию из недр Солнца, и поэтому газ в центре пятна остывает, температура пятна на Солнце 4000 К – 5000 К. Но полный поток энергии сохраняется, поэтому около пятна образуется яркий ореол с более высокой температурой, чем 6000 К. Солнечная активность характеризуется также солнечными вспышками, протуберанцами, корональными дырами.

Статистика солнечных пятен сводится к подсчету числа групп пятен g и числа всех пятен f, включая в группы и одиночные пятна. По результатам подсчета вычисляется число Вольфа: W = 10g + f.

Например, если число групп пятен g = 10 и число пятен N = 90, то число Вольфа W = 10g + N = 190.

Если среднее число Вольфа превышает 200 единиц, а среднее количество солнечных групп было больше десяти, то такие параметры соответствуют эпохе максимума пятнообразовательной деятельности Солнца и максимальной солнечной активности.

В июле 2000 года среднемесячный показатель числа Вольфа достиг аномальных величин, превысив 300 единиц. Последствием такой солнечной активности явилось даже наблюдения полярного сияния в Москве и Подмосковье в ночь с 15 на 16 июля 2000 года (широта 56^o).

Если угловой размер солнечного пятна составляет 17″, то его линейные размеры около 12363 км, примерно равны диаметру Земли.

Это же можно оценивать и проще. Если угловой размер Солнца около 30 минут=1800 , то угловой размер пятна, которое в сто раз меньше, имеет примерно размеры в сто раз меньше размеров Солнца. А это примерно размеры нашей Земли.

Рис. 1. Впервые движение пятен на Солнце наблюдал Галилей в 1612 году.

Задания лабораторной работы

Задание № 1. Подсчитать число Вольфа W по фотографиям Солнца. Сравнить с табличными данными о числе Вольфа за 2001 и 2002 год. Сделать вывод о проявлениях солнечной активности за наблюдаемый 23 цикл солнечной активности.

Справочные данные.

Таблица 1.

Число Вольфа – Визуальные среднемесячные индексы солнечной активности в 2001 году.

Визуальные среднемесячные индексы солнечной активности	Среднее по месяцам
Месяц	I	II	III	IV	V	VI	VII	VIII	IX	X	XI	XII
W	165.00	146.11	183.00	177.54	140.59	197.28	106.44	149.47	224.94	143.67	149.67	158.08	162.99

Число Вольфа – визуальные среднемесячные индексы солнечной активности взять из “Солнечное обозрение” с сайта www.alexeyryback.ru/.

Найти максимальное число Вольфа за 23 цикл солнечной активности 19 июля 2000 года по данным сайта “Солнечное обозрение”.

Рис. 2. Фотография активной области AR 9169. Сентябрь 2000 года. Диаметр пятна в AR 9169 больше чем в два раза превышает диаметры обычных солнечных пятен, но все же в полтора раза меньше диаметра пятна, которое наблюдалось на Солнце в 1947 году.

Таблица 2.

Число Вольфа – Визуальные среднемесячные индексы солнечной активности в 2002 году.

Визуальные среднемесячные индексы солнечной активности	Среднее по месяцам
Месяц	I	II	III	IV	V	VI	VII	VIII	IX	X	XI	XII
W	132.17	148.33	104.10	156.00	171.94	73.43	101.21	102.68	149.00	87.50	98.00	99.83	118.68

Рис. 3. Пятна на Солнце в 2002 году.

Получить фотографию Солнца в режиме реального времени с космической обсерватории SOHO soho.nascom.nasa.gov/ и определить число Вольфа на день проведения лабораторной работы.

Заполнить таблицу отчета № 1 к заданию № 1

N	фото	число групп пятен g	число пятен f	число Вольфа W	Вывод о степени солнечной активности	Вывод о совпадении с табличными числами Вольфа
1	Сентябрь 2000
2	2002
3	Дата проведения лабораторной работы

Рис. 4. Сравнительные размеры Солнца и Земли. Солнце в 109 раз больше Земли.

Задание № 2. Определить угловой и линейный размер солнечного пятна. Сравнить размеры этого пятна с размерами Земли

Рис. 5. Крупное пятно в январе 2005 года.

Заполнить таблицу отчета № 2

Линейный размер Солнца	Линейный размер пятна	Угловой размер Солнца	Угловой размер Пятна	Сравнение с радиусом Земли R пятна/R

Задание № 3. Изучить по полученным фотографиям яркие ореолы вокруг солнечных пятен. Сделать вывод о температуре пятна, температуре яркого ореола и средней температуре фотосферы

Изучить фотографии поверхности Солнца soho.nascom.nasa.gov/hotshots/2001_03_29/ полученные обсерваторией SOHO 29 марта 2001 года.

Рис. 6. Группа пятен на Солнце 29 марта 2001 года.

Заполнить таблицу отчета № 3

Температура фотосферы	Температура пятна, примерная температура	Температура полутени	Температура яркого ореола, примерная температура	Почему различаются эти три фотографии
6000 К

Задание № 4. Оценить размеры протуберанцев

Изучить по полученным фотографиям протуберанцы. Сделать вывод о размерах протуберанцев.

Изучить фотографии протуберанцев Солнца sohowww.nascom.nasa.gov/bestofsoho/hooksG.gif sohowww.nascom.nasa.gov/bestofsoho/EIT99promcloseG.gif
sohowww.nascom.nasa.gov/bestofsoho/eitplumeG.gif, полученные обсерваторией SOHO.

Заполнить таблицу отчета № 4

Заполнить таблицу для любого протуберанца.

Размеры протуберанца в мм	Размеры Солнца в мм	Размеры протуберанца в размерах Земли	Размеры протуберанца в расстояниях от Земли до Луны

Задание № 5. Оценить размеры активных выбросов в январе 2005 года

Проанализировать размеры активной выброса, сфотографированного SOHO в январе 2005 года.

Рис. 7. Активный выброс в январе 2005 года.

Сравнить с размерами выброса 18 марта 2002 года sohowww.nascom.nasa.gov/gallery/top10/top10_detail_C3series_02.html

Рис.8. Активный выброс в марте 2003 года.

Заполнить таблицу отчета № 5

Дата	Размеры активной области в мм	Размеры Солнца в мм	Размеры активной области в размерах Земли	Размеры активной области в расстояниях от Земли до Луны	Скорость расширения
15 января 2005 г.
16 января 2005 г.

Контрольные вопросы

• Чему равно число Вольфа 19 июля 2000?
• В какие сроки наблюдался максимум солнечной активности в 23 цикле солнечной активности?
• Какими способами проявлялась солнечная активность за 23 цикл?
• Во сколько раз большое пятно на Солнце в январе 2005 года больше Земли?
• Почему нельзя увидеть невооруженным глазом солнечную корону с Земли, загородив диск Солнца каким-нибудь непрозрачным экраном и это можно сделать на космической обсерватории SOHO (приборы LASCO-2, фотографии окрашены в красный цвет) и LASCO-3, фотографии окрашены в синий цвет)?