Презентация на тему: Воздействие космических излучений на атмосферу Земли
Воздействие космических излучений на атмосферу Земли
СОДЕРЖАНИЕ Введение Ионосфера Распространение радиоволн Полярные сияния Токовые системы Пульсации и ОНЧ-излучения Электрические поля Аэростатные исследования Озон Погода и биосфера Литература
Воздействие космических излучений на атмосферу Земли
Воздействие космических излучений на атмосферу Земли
Воздействие космических излучений на атмосферу Земли
Ионосфера Гипотеза о существовании проводящего слоя в верхней атмосфере была высказана английским ученым Стюартом в 1878 г., в 1902 г. Кеннеди в США и Хевисайд в Англии предположили существование в высоких слоях атмосферы области с большой проводимостью для объяснения распространения радиоволн на большие расстояния. В 1925 г. английские исследователи Эпплтом и Барнет впервые экспериментально доказали существование областей, отражающих радиоволны, и положили начало их систематическому изучению. Ионосферой мы называем ионизированную область земной атмосферы, начиная с высот порядка 60 км. Верхняя граница ионосферы не определяется четко, примерно на высотах в несколько тысяч км происходит плавный переход в плазмосферу или плазменные слои магнитосферы. Основные источники ионизации земной атмосферы — ультрафиолетовое излучение Солнца, мягкое рентгеновское излучение, солнечной короны, и корпускулярные потоки, солнечного, галактического и магнитосферного происхождения.
Воздействие космических излучений на атмосферу Земли
Воздействие космических излучений на атмосферу Земли
Воздействие космических излучений на атмосферу Земли
Воздействие космических излучений на атмосферу Земли
Аппаратура и методы исследования ионосферы Наиболее распространенные методы - ионозонды, риометры, радары, установки некогерентного рассеяния, распространение радиоволн, прием сигналов со спутников (томография).
Воздействие космических излучений на атмосферу Земли
Воздействие космических излучений на атмосферу Земли
Метод некогерентного рассеяния радиоволн Метод некогерентного рассеяния радиоволн
Блок-схема риометра
Воздействие космических излучений на атмосферу Земли
Воздействие космических излучений на атмосферу Земли
Воздействие космических излучений на атмосферу Земли
Воздействие космических излучений на атмосферу Земли
Воздействие космических излучений на атмосферу Земли
Воздействие космических излучений на атмосферу Земли
Воздействие космических излучений на атмосферу Земли
Воздействие космических излучений на атмосферу Земли
Воздействие космических излучений на атмосферу Земли
Воздействие космических излучений на атмосферу Земли
Воздействие космических излучений на атмосферу Земли
Воздействие космических излучений на атмосферу Земли
Воздействие космических излучений на атмосферу Земли
Воздействие космических излучений на атмосферу Земли
Воздействие космических излучений на атмосферу Земли
Воздействие космических излучений на атмосферу Земли
Воздействие космических излучений на атмосферу Земли
Воздействие космических излучений на атмосферу Земли
Ионосферные эффекты высыпаний Высыпание частиц в атмосферу вызывает ионизацию и ионосферные токи, наиболее ярким проявлением которых на наземных магнитограммах являются бухтообразные возмущения во время суббурь. По магнитограммам высокоширотной сети станций можно построить эквивалентную картину токов, текущих в ионосфере, ответственных за то или иное возмущение магнитного поля. Такие токовые системы называют эквивалентными, потому что реальные токовые системы трехмерны. В спокойное время в высоких широтах существует токовая система в виде двух вихрей, выявленная по данным сети магнитометров и получившая название Dp11 (верхний рисунок), которая ассоциируется с электрическим полем конвекции. На вечерней стороне электроджет направлен на восток и вызывает положительное отклонение в Н-составляющей магнитного поля, тогда как противоположное направление тока на утренней стороне дает отрицательное отклонение. Переход от восточного к западному току, регистрируемый вблизи полуночи, носит название разрыва Харанга (Harang discontinuity). На подготовительной фазе суббури система Dp11 усиливается, к ней на фазе экспансии суббури добавляется вихрь Dp12 и резко усиливает западную электрострую. Этот дополнительный короткоживущий ток связывают со сбросом в ионосферу авроральных электронов и индукционным электрическим полем суббуревых активизаций. Существование трехмерных токовых систем в магнитосфере было предсказано норвежским ученым Биркеландом. Наименование токи Биркеланда (Birkeland currents) часто встречается в литературе. Измерения на спутниках подтвердили догадку Биркеланда. Две возможных конфигурации продольных токов были рассмотрены Бостромом (рисунок внизу): в системе типа 1 ток втекает на утренней стороне и вытекает на вечерней, в системе типа 2 ток втекает на северной (полюсной) полосе и вытекает на экваториальной. Оба типа токовых систем обнаруживаются при анализе измерений магнитного поля и фигурируют в моделях магнитосферных возмущений. Они могут иметь глобальный или локальный характер. На рис. Внизу справа приведена схема продольных токов в проекции на ионосферу, построенная Ииджимой и Потемрой по данным спутника TRIAD. Высокоширотная и низкоширотная токовые зоны совпадают с границами овала полярных сияний.
Атмосферное электричество Две основные современные теории атмосферного электричества были созданы английским учёным Ч. Вильсоном и советским учёным Я. И. Френкелем. Согласно теории Вильсона, Земля и ионосфера играют роль обкладок конденсатора, заряжаемого грозовыми облаками. Возникающая между обкладками разность потенциалов приводит к появлению электрического поля атмосферы. По теории Френкеля, электрическое поле атмосферы объясняется всецело электрическими явлениями, происходящими в тропосфере, — поляризацией облаков и их взаимодействием с Землёй, а ионосфера не играет существенной роли в протекании атмосферных электрических процессов. По теории Вильсона, высыпания заряженных частиц воздействуя на ионосферу, непосредственно влияют на атмосферное электрическое поле. Теория Френеля также не исключает воздействие космических излучений, в частности, через вариации проводимости.
Воздействие космических излучений на атмосферу Земли
Воздействие космических излучений на атмосферу Земли
Аэростатные исследования Радиозонд космических лучей был разработан и запущен С. Н. Верновым в 1936г. Он поднимался на резиновых оболочках. Современные аэростаты – это комплексные лаборатории, дрейфующие на высоте 25-35 км. десятки часов, а в отдельных экспериментах – несколько недель.
Воздействие космических излучений на атмосферу Земли
Воздействие космических излучений на атмосферу Земли
Воздействие космических излучений на атмосферу Земли
Воздействие космических излучений на атмосферу Земли
Воздействие космических излучений на атмосферу Земли
Воздействие космических излучений на атмосферу Земли
Воздействие космических излучений на атмосферу Земли
Воздействие космических излучений на атмосферу Земли
Воздействие космических излучений на атмосферу Земли
Воздействие космических излучений на атмосферу Земли
Воздействие космических излучений на атмосферу Земли
Воздействие космических излучений на атмосферу Земли
Воздействие космических излучений на атмосферу Земли
Воздействие космических излучений на атмосферу Земли
Воздействие космических излучений на атмосферу Земли
Космические излучения и ноосфера Пионерская роль в исследованиях воздействия космических излучений и солнечной активности в частности, на биосферу Земли, здоровье людей, и даже на исторические процессы принадлежит российскому ученому А.Л. Чижевскому. В настоящее время идеи Чижевского подтверждены и получили дальнейшее развитие, хотя о общем признании говорить еще рано. Анализ результатов этого обширного раздела солнечно-земной физики требует отдельного рассмотрения. Здесь же коротко отметим, что воздействие космических излучений на биосферу передается через атмосферу Земли – прежде всего посредством электромагнитных волн и пульсаций, генерирующихся в ионосфере, затем через вориации атмосферных параметров, статического электричества и т.д.
Воздействие космических излучений на атмосферу Земли
Заключение Проблема воздействия космических излучений на атмосферу Земли – междисциплинарная, она находится на стыке таких фундаментальных направлений, как физика плазмы, солнечно-земная физика, оптика, физика атмосферы и метеорология, физика ионосферы и распространения радиоволн. В рамках одной лекции невозможно сколько-нибудь подробно углубиться в каждое из этих направлений. Мы надеялись лишь показать взаимосвязь, перекрытие этих физических проблем. Следует подчеркнуть нелинейный характер процессов воздействия космических излучений на верхнюю атмосферу. Сами исходные процессы в источниках излучений – на Солнце и в возмущенной магнитосфере – нелинейны, проходят фазы медленной эволюции, накопления энергии и взрывного ее высвобождения, взрывных неустойчивостей. Процессы такого рода описываются теорией катастроф. Отсюда и изменения в верхней атмосфере динамичны и значительны, от черного неба к яркой динамике сияний, от спокойной ионосферы к возмущенной. Вторая особенность, которую необходимо иметь в виду – триггерный характер воздействия, или, как иногда говорят, информационное воздействие. Мощность, энергетика воздействующих факторов может быть на порядок, на несколько порядков меньше энергетики объекта и тем не менее оказывать существенное влияние на эти процессы. Таково, по-видимому, воздействие корпускулярных космических излучений на погоду и биосферу.
ЛИТЕРАТУРА Александров Э.Л., Кароль И.Л. и др. Атмосферный озон и изменения глобального климата. Л.: Гидрометеоиздат. - 1982. Альперт Я.Л. Распространение электромагнитных волн и ионосфера. М.: Наука, 1972. 559 с. Арыков А.А. Токовые системы геомагнитной бури, Изд. КНЦ РАН, Апатиты, 1999, 74стр. Брюнелли Б.Е., Намгаладзе А.А. Физика ионосферы Изд. "Наука", М., 1988, 528 стр. Витинский Ю.ИПрогнозы солнечной активности Изд. "Наука", ГАО, М., 1963, 152 стр. Витинский Ю.И. Цикличность и прогнозы солнечной активности. Л.: Наука, 1973. 256 с. Владимирский Б.М. ,Темурьянц Н.А. Воздействие солнечно-земных процессов на биосферу-ноосферу, Гелиобиология от А.Л. Чижевского до наших дней, МНЭПУ, 200, 374стр. Григоров Н.Л. Электроны высоких энергий в окрестности Земли, Изд. "Наука", М., 1985, 120 стр. Гульельми А.В. МГД- волны в околоземной плазме Изд. "Наука", М., 1979, 138 стр. Гульельми А.В., В.А. Троицкая Геомагнитные пульсации и диагностика магнитосферы. Изд. "Наука", М., 1973, 208 стр. Данилов А.Д., Казимировский Э.С., Вергасова Г.В., Хачикия Г.Я. Метеорологические эффекты в ионосфере. Л.: Гидрометеоиздат, 1987. 269 с. Исаев С. И. Морфология полярных сияний. Изд. "Наука", Ленингр. отд., Л., 1968, 168 стр. (см. на СиЗиФе) Исаев С. И., Пудовкин М.И. Полярные сияния и процессы в магнитосфере Земли. Изд. "Наука", Ленингр. отд., Л., 1972, 244 стр. Казимировский Э.С., Кокоуров В.Д. Движения в ионосфере. Новосибирск : Наука, 1979. 344 с. Лазутин Л.Л. Рентгеновское излучение авроральных электронов и динамика магнитосферы, Изд. "Наука", Ленингр. отд., Л., 1979, 200 стр. Макарова Е.А., Харитонов А.В., Казачевская Т.В. Поток солнечного излучения. М.: Наука, 1991. 396 с. Молчанов О. А. Низкочастотные волны и индуцированные излучения в околоземной плазме, М. Наука, 1985, 224 с. Панасюк М.И., Кузнецов С.Н., Лазутин Л.Л. и др., Магнитные бури в октябре 2003 года. Коллаборация «Солнечные экстремальные события 2003 года (СЭС - 2003)» Космические исследования , 42, № 5, 2004, 489-534
Пудовкин М.И., В.П. Козелов, Л.Л. Лазутин, О.А. Трошичев, А.Д. Чертков Физические основы прогнозирования магнитосферных возмущений Изд. "Наука", Ленингр. отд., Л., 1977, 312 стр. Пудовкин М.И., Распопов ОМ., Клейменова НТ. Возмущения электромагнитного поля Земли. Л.: Иэд-во ЛГУ,1976.247 с. Харгривс Д.К. Верхняя атмосфера и солнечно-земные связи. Введение в физику околоземной космической среды. - Л.: Гидрометеоиздат. - 1982. Хесс В. Радиационный пояс и магнитосфера, пер. с англ., М., 1972 Хорошева О.В. Пространственно-временное распределение полярных сияний Изд. "Наука", МГК, Полярные сияния №16, М., 1967, 82 стр. Чижевский А.Л. Земное эхо солнечных бурь. М.: Наука. - 1973. Шабанский В.П. Явления в околоземном пространстве Изд. "Наука", М., 1972, 272 стр. Шабанский В.П., Веселовоский И.С., Кропоткин А.П. Физика межпланетного и околоземного пространства. М.: Изд. МГУ. 1981. Шкловский И.С. Вселенная, жизнь, разум. М.: Наука, 1987. 352 с. Шургин С.М., Обут А.М.. Солнечная активность и биосфера. Новосибирск.: Наука. - 1986. Эйгенсон М.С. Солнце, погода и климат. Л.: Гидрометеоиздат, 1963. 274 с. Эйгенсон М.С. Очерки физико-географических проявлений солнечной активности. Издательство львовского университета, 1957. 229 с. Дополнительные материалы по теме можно найти на портале по солнечно-земной физике (СиЗиФ) по адресу http.//kosmofizika/ru Оттуда же взяты некоторые иллюстации. Пудовкин М.И., В.П. Козелов, Л.Л. Лазутин, О.А. Трошичев, А.Д. Чертков Физические основы прогнозирования магнитосферных возмущений Изд. "Наука", Ленингр. отд., Л., 1977, 312 стр. Пудовкин М.И., Распопов ОМ., Клейменова НТ. Возмущения электромагнитного поля Земли. Л.: Иэд-во ЛГУ,1976.247 с. Харгривс Д.К. Верхняя атмосфера и солнечно-земные связи. Введение в физику околоземной космической среды. - Л.: Гидрометеоиздат. - 1982. Хесс В. Радиационный пояс и магнитосфера, пер. с англ., М., 1972 Хорошева О.В. Пространственно-временное распределение полярных сияний Изд. "Наука", МГК, Полярные сияния №16, М., 1967, 82 стр. Чижевский А.Л. Земное эхо солнечных бурь. М.: Наука. - 1973. Шабанский В.П. Явления в околоземном пространстве Изд. "Наука", М., 1972, 272 стр. Шабанский В.П., Веселовоский И.С., Кропоткин А.П. Физика межпланетного и околоземного пространства. М.: Изд. МГУ. 1981. Шкловский И.С. Вселенная, жизнь, разум. М.: Наука, 1987. 352 с. Шургин С.М., Обут А.М.. Солнечная активность и биосфера. Новосибирск.: Наука. - 1986. Эйгенсон М.С. Солнце, погода и климат. Л.: Гидрометеоиздат, 1963. 274 с. Эйгенсон М.С. Очерки физико-географических проявлений солнечной активности. Издательство львовского университета, 1957. 229 с. Дополнительные материалы по теме можно найти на портале по солнечно-земной физике (СиЗиФ) по адресу http.//kosmofizika/ru Оттуда же взяты некоторые иллюстации. Фотографии полярных сияний Джони Юссила, университет Оулу, финляндия.
