1. Что называется плазмой.

2. Какие слои по степени иониации можно выделить в ионосфере Земли.

3. Какова причина возникновения ионосферы Земли.

Тема лекции: «Магнитное поле Солнца. Солнечный ветер».

Цель: Ознакомить студентов с проблемами межпланетной среды и роли Солнца в создании ММП.

Содержание лекции:

1. Магнитное поле Солнца. Солнечная активность.

2. Солнечный ветер.

3. Вспышечные и корональные потоки солнечного ветра

Пространство, занятое магнитным полем Земли называется магнитосферой. Комические исследования показали, что конфигурацию магнитного поля Земли можно считать дипольной только в первом приближении. Магнитосфера Земли оказывается деформированной и зависит от долготы места и времени суток. Дипольное поле Земли создается гидромагнитным динамо, т. е электрическими токами внутри металлического ядра Земли. Такое поле как мы говорили, главное поле называют внутренним, но помимо внутреннего поля существует внешнее  поле, которое и меняется с течением суток и долготой места. Это внешнее поле связано с деятельностью Солнца. Именно добавка внешнего поля искажает диполь. Непрерывно расширяющая Солнечная  корона называется Солнечным ветром. Солнечный ветер- это поток заряженных частиц испускаемых непрерывно. Спокойный Солнечный  ветер имеет скорость υ=400км/с. Он состоит в основном из протонов. Из-за высокой температуры солнечный ветер это полностью ионизированный газ, т.е. плазма. Солнечный ветер вместе с потоком частиц выносит в межпланетное пространство и солнечное магнитное поле. Все межпланетное пространство заполнено солнечным ветром и соответственно  магнитным полем Солнца, вытянутым солнечным ветром. Области Межпланетного магнитного поля, имеющие один строго определённый знак, называется сектором. ММП имеет секторную структуру. Так как Солнце вращается, то силовые линии не радиальные, а закручиваются в особую линию, которая называется спираль Архимеда. Солнечный ветер имеет три различных компоненты: спокойный солнечный ветер (ССВ), высокоскоростные потоки (ВСП), рекуррентные высокоскоростные потоки (РВСП). ВСП возникают во время вспышек на Солнце. Солнце не является однородным объектом, ещё Галилей заметил на Солнце тёмные области, которые назвали Солнечными пятнами. Солнечная активность. Циклы солнечной активности. Солнечная активность в числах Вольфа и, как выяснилось позже, и в других индексах, имеет циклический характер со средней продолжительностью цикла в 11.2 года. Солнечные пятна – это  такие области на Солнце, которые имеют меньшую температуру по сравнению с температурой остального района Солнца. Такая низкая температура связана с тем, что Солнечные пятна имеют высокую напряжённость магнитного поля. Солнечные пятна  биполярные, т.е. они имеют 2 полюса, это силовые линии,  вышедшие на поверхность. Солнечные пятна приближаются друг другу и начинают взаимодействовать, может произойти перезамыкание силовых линий. За счёт перезамыкания силовых линий магнитного поля происходит переход энергии  магнитного поля в кинетическую энергию Солнечного ветра, из  Солнца начинает выбрасываться с огромной скоростью Солнечная плазма. Вспышки на Солнце.

Помимо солнечных пятен существует различные виды появления солнечной активности. Это различные петли, арки, протуберанцы. В годы минимума солнечной активности возникают рекуррентные высокоскоростные потоки, источником, которых являются корональные дыры на Солнце, они обозначаются КД. Корональные дыры – это особые объекты главным свойством, которых является униполярность, т.е. магнитное поле одного знака. Это можно представить, как всплывшую на поверхность Солнца магнитную силовую трубку торцом вверх. В  области корональных дыр наблюдается пониженная температура, пониженное значение магнитного поля, пониженный фон электромагнитных излучений, поэтому учённые и дали этим областям на Солнце название дыры. В отличие от вспышек корональные живут долго до 10 оборотов Солнца.

Литература: [1]; [2]; [4]; [5]; [6]; [11] дополнительная литература [14]; [18]

Вопросы для самоконтроля:

1. Как образуется спираль Архимеда

2. С чем связана секторная структура Межпланетного магнитного поля

3. Почему происходят вспышки на Солнце.

Тема: «Магнитосфера Земли».

Цель: Изучить причины возникновения мировых геомагнитных бурь.

Содержание лекции:

1. Строение магнитосферы.

2.Магнитные бури.

Область занятая магнитным полем Земли называется магнитосферой. Солнечный ветер сжимает магнитосферу на дневной стороне и вытягивает её на ночной стороне, а это значит, что на различных долготах магнитосфера Земли имеет разную форму и эта форма меняется с течением суток. Ударная волна образуется, как результат взаимодействия солнечного ветра с магнитосферой Земли. Именно ударная волна и обжимает магнитосферу. На дневной стороне ударная волна, т.е. стоячая волна, а по ночной стороне образуется хвост магнитосферы. Внешняя граница магнитосферы называется магнитопаузой. Между магнитопаузой и ударной волной образуется переходная область. На дневной стороне напряжённость магнитного поля больше, а на ночной стороне напряжённость магнитного поля слабее. При полярных областях образуется воронкообразные области, которые называются полярные каспы. Полярные каспы очерчивают области полярного сияния, а ударная волна устанавливается там, где давление Солнечного ветра уравновешивается с давлением созданным магнитосферой. Когда к магнитосфере Земли подходит поток заряженных частиц выбрасываемых из Солнца во время солнечных вспышек, напряжённость геомагнитного поля начинает возрастать и возникает явление, которое называется мировой геомагнитной бурей. Возрастание напряжённости геомагнитного поля происходит, потому что поток заряженных частиц обжимает магнитосферу и уменьшает её размер. Все приборы, находящиеся на поверхности Земли начинают регистрировать увеличение напряжённости геомагнитного поля. Увеличение напряжённости геомагнитного поля называется начальной фазой геомагнитной бури. Напряжённость достигает своего максимума и после этого момента наступает главная фаза магнитной бури. Во время главной фазы магнитной бури напряжённость геомагнитного поля уменьшается, такое уменьшение напряжённости геомагнитного поля связано с тем, что в ионосфере Земли образуется кольцевой ток. Этот ток создаётся протонами и течёт в западном направлении. Ионосферный ток или  ионосферное кольцо направлено противоположно внутреннему главному полю Земли, поэтому результирующая напряжённость геомагнитного поля начинает уменьшаться. Ток возникает за счёт пересоединения геомагнитного поля и межпланетного магнитного поля. Достигнув минимального значения, напряжённость геомагнитного поля постепенно начинает восстанавливаться, т.е. магнитная буря вступает в третью фазу, которая называется фазой восстановления. Когда происходит мощная солнечная вспышка, то магнитная буря имеет внезапное начало, обозначается оно SC. При  SC напряжённость геомагнитного поля достигает максимума за 150 – 300 секунд, а во время сверхмощных вспышек на Солнце SSC – сверх внезапное начало. Напряжённость магнитного поля возрастает за считанные секунды. Происходит мощнейший удар солнечной плазмы о магнитосферу Земли. В среднем время прохождения Солнечной плазмы от Солнца до Земли составляет от 1,5 -2 суток.

Литература: [1]; [2]; [4]; [5]; [6]; [11] дополнительная литература [14]; [18]

Вопросы для самоконтроля:

1. Каково стоение магнитосферы Земли

2. Каковы причины возникновения мировой геомагнитной бури.

3. Почему во время главной фазы магнитной бури напряжённость магнитного поля Земли уменьшается.

Тема: «Полярные сияния».

Цель: Ознакомить студентов с причиной свечения верхних слоёв атмосферы.

Содержание лекции:

3. Природа полярных сияний

4. Виды полярных сияний

Полярное сияние – это свет, испускаемый возбуждёнными атомами атмосферы при переходе электронов с нестабильных возбуждённых состояний на основные энергетические уровни. Атомы атмосферы возбуждаются за счёт процесса, которая называется ударной ионизацией. Ударная ионизация возникает за счёт того, что частицы выбрасываемые Солнцем, во время солнечных вспышек попадают в приполярные области Земли и соударяются с атомами атмосферы. Полярное сияние возникает на высоте 100 – 150 километров. Плотность атмосферы на этой высоте достаточно велика, чтобы в ней присутствовали разнообразные химические элементы, а с другой стороны атмосфера достаточно разряжена для того, чтобы возбуждённые атомы передавали энергию не возбуждённым атомам, без излучения фотона. На высотах 100 -150 километров в достаточном количестве присутствует кислород, азот, водород. Зелёный цвет дают атомы кислорода. Пурпурный цвет даёт  кислород. Красный даёт водород. Азот даёт ряд синих цветов. Полярное сияние возникает, как правило, на полюсах или в областях, отстоящих на 20º -30º от полюсов приполярной области. Иногда во время мощных хромосферных вспышек, полярное сияние наблюдается вплоть до 50º-60ºшироты. Формы полярных сияний очень разнообразны, но выделяют 3 основных формы: дуги, лучи; диффузные пятна.  Наиболее часто образуются полярные сияния в виде дуг или полос, они образуются на высоте  100 -150 километров и простираются с востока на запад, т.е. от горизонта до горизонта. Ширина каждой дуги составляет несколько километров, а длина до 1000 километров. Обычно образуются 2 – 3 дуги разного цвета. В основном – это красный, зелёный, синий. Дуги располагаются вдоль параллелей. Наиболее красивое полярное сияние в форме короны, оно образуется, если мы наблюдаем в зените полярное сияние в виде лучей. Лучи в отличие от полос проходят вдоль силовых линий геомагнитного поля, т.е. вдоль мередиана. Лучи образуются на высоте 100 -150 километров, ширина их несколько километров, а длина от 10 до 100километров. Наиболее часто наблюдается полярное сияние в виде диффузных пятен. Площадь диффузных пятен составляет до 100 км². Эти пятна имеют специфическую окраску. Если в атмосферу поступает новая партия заряженных частиц, то вид полярного сияния изменяется, картинка на небе становится динамической. По полярному сиянию как бы проходят волны. Полярное сияние может также, и мерцать с частотой вплоть до 50 Гц. Полярные сияния на других планетах солнечной системы. Движение искусственных спутников Земли. Радиационные пояса Земли. Исследование проведённые с помощью космических аппаратов показали, что вблизи поверхности Земли, есть также области, в которых сконцентрированы заряженные частицы. Эти области называются радиационными поясами или зонами захваченной радиацией. Второе название объясняет появление радиационных поясов. Геомагнитное поле земли захватывает высокоэнергичные заряженные частицы, выбрасываемые Солнцем во время солнечных вспышек. Различают два радиационных пояса: внутренний радиационный пояс и внешний радиационный пояс RP. Силовые линии геомагнитного поля выходят из поверхности земли в точке О и заходят в точку О′. Точки О и О′- сопряжённые точки. Заряженная частица, например протон, захватывается силовой линией, на протон начинает действовать сила Лоренса и под действием этой силы заряженная частица начинает навиваться на силовую линию, т.е. начинают двигаться по спирали. Помимо продольного движения заряженная частица движется и поперёк силовых линий магнитного поля. Движение поперёк силовых линий магнитного поля называется дрейфом. Протоны дрейфуют к западу, а электроны к востоку. Возникает достаточно мощный электрический ток в районе экватора, который называется экваториальным током или экваториальным кольцом. Помимо естественных радиационных поясов существуют и исскуственные, появление которых связано с взрывами атомных бомб в атмосфере. Международная конференция запрещает проводить атомные взрывы в атмосфере, так как это приводит не только к экологическим загрязнениям, но и нарушает распространение радиоволн в атмосфере. Радиационные пояса планет солнечной системы.

Литература: [1]; [2]; [4]; [5]; [6]; [11] дополнительная литература [13]; [14]; [18]

Вопросы для самоконтроля:

1. Что называют полярным сиянием.

2. Какова причина полярных сияний.

3. Возникают ли полярные сияния на других планетах солнечной системы.

4. Что такое радиационные пояса.

Тема: «Солнечно-земные связи».

Цель: Показать какую огромную роль играет в возникновении и продолжении жизни на Земле Солнце.

Содержание лекции:

1. Геомагнитная активность. Индексы геомагнитной активности.

2.Космическая радиация.

3. Влияние на биологические объекты.

4.Предсказание эффектов космической погоды.

Земля получает от Солнца не только свет и тепло, обеспечивающие необходимый уровень освещённости и среднюю температуру её поверхности, но и подвергается комбинированному воздействию ультрафиолетового и рентгеновского излучения, солнечного ветра, солнечных космических лучей. Вариации мощности этих факторов при изменении уровня солнечной активности вызывают цепочку взаимосвязанных явлений в межпланетном пространстве, в магнитосфере, ионосфере, нейтральной атмосфере, биосфере, гидросфере и, возможно, литосфере Земли. Изучение этих явлений и составляет суть проблемы Солнечно-Земных связей. Строго говоря, Земля оказывает некоторое обратное (по крайней мере, гравитационное) воздействие на Солнце, однако оно ничтожно мало, так что обычно рассматривают только воздействие солнечной активности на Землю. В 1915г. А.Л.Чижевский обратил внимание на циклическую связь между развитием некоторых эпидемий и пятнообразовательной деятельностью Солнца. Синхронность многих гелио- и геофизических явлений (а также форма кометных хвостов) наводила на мысль, что в межпланетном пространстве имеется агент, передающий солнечные возмущения к Земле. Этим агентом оказался солнечный ветер, существование которого экспериментально было доказано в начале 1960-х гг. путём прямых измерений с помощью автоматических межпланетных станций. Статистически установлена связь между уровнями солнечной и геомагнитной возмущённости и ходом ряда процессов в биосфере Земли (динамикой популяции животных, эпидемий, эпизоотий, количеством сердечнососудистых кризов и др.). Наиболее вероятной причиной такой связи являются низкочастотные колебания электромагнитного поля Земли. Наряду с поисками физических механизмов ведутся исследования информационного аспекта Солнечно-Земных связей. Связи проявляются двояко, в зависимости от того, плавно или скачкообразно происходит перераспределение энергии солнечных возмущений внутри магнитосферы. В первом случае Солнечно-Земные связи проявляются в форме ритмических колебаний геофизических параметром (11-летних, 27-дневных и др.). Скачкообразные изменения связывают с так называемым триггерным механизмом, который применим к процессам или системам, находящимся в неустойчивом состоянии, близком к критическому. Для примера можно указать на явление образования внетропических циклонов при геомагнитных возмущениях. Изучение Солнечно-Земных связей является не только фундаментальной научной проблемой, но и имеет большое прогностическое значение. Прогнозы состояния магнитосферы и других оболочек Земли крайне необходимы для решения практических задач в области космонавтики, радиосвязи, транспорта, метеорологии и климатологии, сельского хозяйства, биологии и медицины. Влияние Солнечной активности на человека. В последние годы всё чаще говорится о солнечной активности, магнитных бурях и их влиянии на людей. Так как солнечная активность нарастает, то вопрос о влиянии этого явления на здоровье становится в достаточной степени актуальным. Всё на Земле зависит от Солнца, поставляющего ей значительную часть энергии. За последние годы стало понятно, что на человека действует целый ряд космических факторов, вызывающих изменения в магнитосфере планеты в результате воздействия на неё солнечных корпускулярных потоков. А именно: 1. Инфразвук, представляющий собой акустические колебания очень низкой частоты. Он возникает в областях полярных сияний, в высоких широтах и распространяется на все широты и долготы, то есть является глобальным явлением. Инфразвук генерируется не только при полярных сияниях, но и при ураганах, землетрясениях, вулканических извержениях так, что в атмосфере существует постоянный фон этих колебаний, на который накладываются колебания, связанные с магнитной бурей. 2. Микропульсации или короткопериодические колебания магнитного поля Земли (с частотами от нескольких герц до нескольких кГц). Микропульсации с частотой от 0,01 до 10 Гц действуют на биологические системы, в частности на нервную систему человека (2–3 Гц), увеличивая время реакции на возмущающий сигнал, влияют на психику (1 Гц), вызывая тоску без видимых причин, страх, панику. С ними также связывают увеличение частоты заболеваемости и осложнений со стороны сердечно–сосудистой системы. 3. Также в это время меняется интенсивность ультрафиолетового излучения, приходящего к поверхности Земли из–за изменения озонового слоя в высоких широтах в результате действия на него ускоренных частиц. Влияние солнечной активности на возникновение заболеваний установил ещё в 20-х годах А.Л.Чижевский. Его считают основоположником науки гелиобиологии. С тех пор проводятся исследования, накапливаются научные данные, подтверждающие влияние солнечных и магнитных бурь на здоровье. Из всех заболеваний, которые подвержены воздействию магнитосферных бурь, сердечно–сосудистые были выделены, прежде всего, поскольку их связь с солнечной и магнитной активностью была наиболее очевидной. Исследования показали, что в день, когда на Солнце происходит вспышка, число случаев инфаркта миокарда увеличивается. Оно достигает максимума на следующий день после вспышки (примерно в 2 раза больше по сравнению с магнитоспокойными днями). В этот же день начинается магнитосферная буря, вызванная вспышкой. Выявлена связь солнечной активности и с функционированием других систем организма, с онкозаболеваниями. Наибольшая заболеваемость раком имела место в период спокойного Солнца, наименьшая – при самой высокой солнечной активности. Предполагают, что это связано с тормозящим действием солнечной активности на малодифференцированные клеточные элементы, в том числе на раковые клетки. Учёные также пришли к выводу, что уровень солнечной активности в год рождения ребёнка существенно отражается на его конституционных особенностях. Исследованиями в разных странах на большом фактическом материале было показано, что число несчастных случаев и травматизма на транспорте увеличивается во время солнечных и магнитных бурь, что объясняется изменениями деятельности центральной нервной системы. Проводились наблюдения влияния магнитных и солнечных бурь на больных, страдающих психическими заболеваниями, в частности, маниакально–депрессивным синдромом. Было установлено, что у них при высокой солнечной активности преобладали маниакальные фазы, а при низкой – депрессивные. Необходимо отметить, что больной и здоровый организм по-разному реагирует на изменения космических и геофизических условий. Наблюдения не одного поколения учёных говорят о том, что человек, находящийся в состоянии творческого подъёма, становится малочувствительным к любым воздействиям болезнетворных факторов. Влияние Солнечной Активности на ребенка. Во время экстремальных космических и геофизических ситуаций страдает энергетика ребёнка, развиваются функциональные расстройства со стороны нервной, эндокринной, сердечнососудистой, дыхательной и других систем. У детей в такие моменты может появиться повышенная возбудимость, нарушение внимания, некоторые становятся агрессивными, раздражительными, обидчивыми. Ребёнок может более медленно выполнять школьную работу. Непонимание состояния детей в такие периоды со стороны родителей, воспитателей, учителей усугубляет отрицательный эмоциональный фон ребёнка. Результаты научных наблюдений за солнечной активностью в течение последних 170 лет позволяют отнести максимум 11–летнего цикла в 2001г. к самому мощному за этот период. Он совпадает с вхождением в максимум 576 летнего цикла противостояния больших планет в 2000г., что позволяет учёным связывать усиление психопатогенного космического воздействия на биосферу в 2000–2001гг., а в 2004–2006гг. наибольшее усиление сейсмической активности Земли в новейшей истории. Ближайший максимум солнечной активности должен быть в 2012 году.

Литература: [7]; [36]

Вопросы для самоконтроля:

1. Почему влияние Солнца на Землю называют комплексным.

2. Как влияют низкочастотные колебания электромагнитного поля Земли на биологические объекты.

3. Перичислите ряд космических факторов, вызывающих изменения в магнитосфере планеты в результате воздействия на неё солнечных корпускулярных потоков.

4.Какое влияние геофизическая активность может оказать на школьников.

6.ПЛАН ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ.

№	ТЕМА	Содержание занятия	Нед.	Литература
1	Сила тяжести на планетах солнечной системы.	Гравитационные поля планет солнечной системы. Напряжённость гравитационного поля Солнца.	1	Литература: [31]; [32]; [33]
2	Связь между географическими и магнитными координатами.	Координаты северного и южного магнитные полюсов географические и магнитные.	2	Литература: [31]; [32]; [33]
3	Элементы земного магнетизма.	Склонение, наклонение. Напряжённость магнитного поля Земли.	3	Литература: [31]; [32]; [33]
4	Уравнение Бернулли. Формула Торричелли.	Течение жидкости. Расчёт скорости течения рек. Гидростатическое и динамическое давление жидкости.	4	[31]; [32]; [33]
5	Расчёт ускорения свободного падения на разных географических широтах.	Зависимость ускорения свободного падения от плотности земной коры. Изменение ускорения свободного падения с глубиной скважины.	5	Литература: [31]; [32]; [33]
6	Закон радиоактивного распада.	Нагрев ядра Земли при распаде радиоактивных элементов.	6	Л итература [31]; [32]; [33]
7	«Распространение упругих волн».	Распрстранение поперечных и продольных волн в земной коре.	7	Литература: [31]; [32]; [33]
8	Контрольная работа №1.	Гравитационное поле. Геомагнитное поле. Движение жидкости.	8	Литература: [31]; [32]; [33]
9	Применение законов идеального газа к атмосфере Земли.	Изопроцессы в атмосфере. Закон Дальтона.	9	Литература: [31]; [32]; [33]
10	Барометрическая формула.	Изменение давления с высотой от поверхности Земли.	10	Литература: [31]; [32]; [33]
11	Распространение радиоволн в ионосфере Земли.	Концетрация ионов в ионосфере. Радиоволны.Распространение коротковолнового излучения.	11	Литература: [31]; [32]; [33]
12	Анализ магнитограмм. ММП.	Межпланетные магнитные поля. Секторная структура. Дисперсия магнитного поля.	12	Литература: [31]; [32]; [33]
13	Дрейф заряженных частиц в магнитосфере Земли.	Движение заряженных частиц поперёк магнитного поля. Точки сопряжения. Сила Лоренца.	13	Литература: [31]; [32]; [33]
14	Линейчатые спектры атомов химических элементов.	Определение частоты и длины волны оптического излучения, возникающего при полярных сияниях.	14	Литература: [31]; [32]; [33]
15	Контрольная работа №2.	Атмосфера Земли. Распространение радиоволн. Спектры химических элементов.	15	Литература: [31]; [32]; [33]