Солнце – источник жизни на Земле

Лист
1. Общие сведения о Солнце. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ........... .. . 3
2. Характеристика Солнца. . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . .......... . . 5
2.1. Солнечная атмосфера....... . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . 5
2.2. Излучения Солнца. . . . ........ . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . 6
2.3. Солнечная активность. . . . . . . . . ........ . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . 7
2.4. Солнечная корона. . . . . . . . . . . . . ........ . . . . . . .. . . . . . . . . . . 8
2.5. Диаметр Солнца. . . . . . . . . . . . . . . . . . ........ . .. . . . . . . . . . . 9
3. Солнце и Земля.................................................................12
3.1. Ионосфера................................................................12
3.2. Магнитосфера...........................................................14
3.3. Атмосфера..............................................................17
4. Наше солнце-наше будущее................................................21
Список использованных источников............... . . . . . . . . . . . ............... 31
ВВЕДЕНИЕ
Возникновение жизни на Земле началось с объединения отдельных атомов в молекулы, с перехода от маленьких молекул к большим, состоящим из многих десятков, сотен и тысяч атомов. Среди них - простейшие органические молекулы, содержащие атомы углерода и водорода.
Когда астрономы находят с помощью сложных спектральных приборов в атмосфере других планет хотя бы следы органических молекул, становится ясно: на этой планете идут процессы, очень похожие на те, которые происходили на Земле миллиарды лет назад.
Ученые тщательно исследовали строение и свойства молекул, из которых состоят растительные и живые организмы, и с удивлением обнаружили, что одним из самых "свирепых" врагов органических молекул является кислород. Тот самый кислород, окружающий все живое на земле, которому мы привыкли радоваться...
Любая органическая молекула при длительном воздействии кислорода разлагается на углекислый газ и воду, причем при этой реакции выделяется много энергии в виде тепла. Как же смогли выжить органические вещества в такой удушливой для них атмосфере? Ведь молекулы кислорода всегда готовы разъединиться на два очень активных кислородных атома, которые буквально бомбардируют органические молекулы, быстро вырывая из их рядов отдельные атомы - углерод, водород, азот, фосфор, железо, марганец, и вступают с ними в реакции с образованием простых неорганических соединений. Тепло этих реакций передается атмосфере, атмосфера излучает свое тепло в холодный открытый космос, окружающий Землю. Земля остывает, и жизнь на ней замирает...
Древние египтяне совершенно справедливо назвали Солнце "первопричиной жизни", хотя им были неведомы волнения ученых, исследующих химические реакции органических молекул.
Оказалось, что свет, спасительный солнечный свет, позволяет осуществить обратную химическую реакцию - соединить воду и углекислый газ, превратив их в молекулы органических соединений и кислорода. Без энергии солнечного света такая реакция не могла бы произойти.
Свет Солнца не только не дает остыть Земле, не только согревает ее. Солнечные лучи-стрелы оживили Землю. Находясь от Земли на огромном расстоянии. Солнце посылает на нашу планету достаточно много энергии, чтобы из неорганических атомов и молекул могли получиться органические молекулы, из простейших молекул образовались сложные молекулы живых организмов, и на Земле постепенно возник растительный и животный мир.
Разнообразные растения, удивительные виды животных обязаны своим появлением на Земле солнечным лучам. Благодаря Солнцу на Земле существуют прихотливые формы жизни. "Безумствует Солнце, всегда молодое",- справедливо писал Бальмонт. Два противоположных процесса - разложение и создание органических веществ - мирно и полезно для человечества уживаются в природе. С помощью кислорода, поглощаемого при дыхании, органические молекулы, попадающие в организм человека с пищей, расщепляются на простые, хорошо усваиваемые вещества. Одновременно клетки снабжаются всей необходимой для жизни энергией. Точно такой же процесс происходит с органическими веществами и вне человеческого организма. Ученые подсчитали, что на Земле ежедневно около миллиарда тонн различных органических веществ разлагаются, превращаясь на воздухе в углекислый газ и воду. Если бы Солнце не установило на Земле равновесие жизненно важных химических реакции, то через двадцать лет все органические вещества исчезли бы с лица Земли. С помощью растений и водорослей Солнце снова превращает углекислый газ и воду в органические вещества и кислород.
Огромны по своим масштабам процессы, происходящие на нашей планете под влиянием солнечного света. От энергии солнечных лучей, попадающих на верхнюю границу атмосферы Земли, остается только 40% после того, как они преодолеют толщу атмосферы. Но и эта энергия не менее чем в десять раз превышает ту, которая содержится во всех разведанных запасах минерального подземного топлива. Под действием солнечного света, "застрявшего" в атмосфере, происходят те грандиозные природные явления, которые мы наблюдаем на Земле: движение огромных воздушных масс, нагрев и охлаждение гигантских количеств воды в атмосфере.
Падающая на поверхность суши и океанов солнечная энергия вызывает интенсивное испарение влаги, служит причиной образования облаков, периодического изменения погоды и смены времен года. Под влиянием тепла солнечных лучей возникают смерчи и ураганы, льют дожди и происходят медленные, но неумолимые процессы выветривания и разрушения горных пород. Как несоизмеримы эти процессы и невероятно большая энергия, необходимая для их осуществления, с энергией каждого из обитателей нашей планеты!
1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О СОЛНЦЕ
Солнце - центральное тело Солнечной системы - представляет собой раскалённый плазменный шар. Солнце - ближайшая к Земле звезда. Свет от него до нас доходит за 8, 3 мин. Солнце решающим образом повлияло на образование всех тел Солнечной системы и создало те условия, которые привели к возникновению и развитию жизни на Земле. Его масса в 333 000 раз больше массы Земли и в 750 раз больше массы всех других планет, вместе взятых. За 5 миллиардов лет существования Солнца уже около половины водорода в его центральной части превратилось в гелий. В результате этого процесса выделяется то количество энергии, которое Солнце излучает в мировое пространство. Мощность излучения Солнца очень велика: около 3,81020 МВт. На Землю попадает ничтожная часть Солнечной энергии, составляющая около половины миллиардной доли. Она поддерживает в газообразном состоянии земную атмосферу, постоянно нагревает сушу и водоёмы, даёт энергию ветрам и водопадам, обеспечивает жизнедеятельность животных и растений. Часть солнечной энергии запасена в недрах Земли в виде каменного угля, нефти и других полезных ископаемых. Видимый с Земли диаметр Солнца незначительно меняется из-за эллиптичности орбиты и составляет, в среднем, 1 392 000 км. (что в 109 раз превышает диаметр Земли). Расстояние до Солнца в 107 раз превышает его диаметр. Солнце представляет собой сферически симметричное тело, находящиеся в равновесии. Всюду на одинаковых расстояниях от центра этого шара физические условия одинаковы, но они заметно меняются по мере приближения к центру. Плотность и давление быстро нарастают вглубь, где газ сильнее сжат давлением вышележащих слоёв. Следовательно, температура также растёт по мере приближения к центру. В зависимости от изменения физических условий Солнце можно разделить на несколько концентрических слоёв, постепенно переходящих друг в друга.
В центре Солнца температура составляет 15 миллионов градусов, а давление превышает сотни миллиардов атмосфер. Газ сжат сдесь до плотности около 150 000 кг/м3. Почти вся энергия Солнца генерируется в центральной области с радиусом примерно 1/3 солнечного. Через слои, окружающие центральную часть, эта энергия передаётся наружу. На протяжении последней трети радиуса находится конвективная зона. Причина возникновения перемешивания (конвекции) в наружних слоях Солнца та же, что и в кипящем чайнике: количество энергии, поступающее от нагревателя, гораздо больше того, которое отводится теплопроводностью. Поэтому вещество вынужденно приходит в движение и начинает само переносить тепло. Ядро и конвективная зона фактически не наблюдаемы. Об их существовании известно либо из теоретических расчётов, либо на основании косвенных данных. Над конвективной зоной располагаются непосредственно наблюдаемые слои Солнца, называемые его Атмосферой. Они лучше изучены, т. к. об их свойствах можно судить из наблюдений.
История телескопических наблюдений Солнца начинается с наблюдений, выполненных Г. Галлилеем в 1611 году; были открыты солнечные пятна, определён период вращения Солнца вокруг своей оси. В 1843 году немецкий астроном Г. Швабе обнаружил цикличность солнечной активности. Развитие методов спектрального анализа позволило изучить физические условия на Солнце. В 1814 году Й. Фраунгофер обнаружил тёмные линии поглащения в спектре Солнца - это положило начало изучению химического состава Солнца. С 1836 года регулярно ведутся наблюдения затмений Солнца, что привело к обнаружению короны и хромосферы Солнца, а также солнечный протуберанцев. В 1913 году американский астроном Дж. Хейл наблюдал зеемановское расщепление фраунгоферовых линий спектра солнечных пятен и этим доказал существование на Солнце магнитных полей. К 1942 году шведский астроном Б. Эдлен и другие отождествили несколько линий спектра солнечной короны с линиями высокоионизированных элементов, доказав этим высокую температуру в солнечной короне. В 1931 году Б. Лио изобрёл солнечный коронограф, позволивший наблюдать корону и хромосферу вне затмений. В начале 40-х годов XX века было открыто радиоизлучение Солнца. Существенным толчком для развития физики Солнца во второй половине XX века послужило развитие магнитной гидродинамики и физики плазмы. После начала космической эры изучение ультрафиалетового и рентгеновского излучения Солнца ведётся методами внеатмосферной астрономии с помощью ракет, автоматических орбитальных обсерваторий на спутниках Земли, космических лабораторий с людьми на борту.
2. ХАРАКТЕРИСТИКА СОЛНЦА
2.1. Солнечная атмосфера
Солнечная атмосфера состоит из нескольких различных слоёв. Самый глубокий и тонкий из них - фотосфера, непосредственно наблюдаемая в видимом непрерывном спектре. Толщина фотосферы приблизительно около 300 км. Чем глубже слои фотосферы, тем они горячее. Во внешних более холодных слоях фотосферы на фоне непрерывного спектра образуются Фраунгоферовы линии поглощения. Во время наибольшего спокойствия земной атмосферы можно наблюдать характерную зернистую структуру фотосферы. Чередование маленьких светлых пятнышек - гранул - размером около 1000 км. , окруженных тёмными промежутками, создаёт впечатление ячеистой структуры - грануляции. Возникновение грануляции связано с происходящей под фотосферой конвекцией. Отдельные гранулы на несколько сотен градусов горячее окружающего их газа, и в течение нескольких минут их распределение по диску Солнца меняется. Спектральные измерения свидейтельствуют о движении газа в гранулах, похожих на конвективные:в гранулах газ поднимается, а между ними - опускается. Это движение газов порождают в солнечной атмосфере акустические волны, подобные звуковым волнам в воздухе. Распространяясь в верхние слои атмосферы, волны, возникшие в конвективной зоне и в фотосфере, передают им часть механической энергии конвективных движений и производят нагревание газов последущих слоёв атмосферы - хромосферы и короны. В результате верхние слои атмосферы с температурой около 4500 К оказываются самыми "холодными" на Солнце. Как вглубь, так и вверх от них температура газов быстро растёт. Расположенный над фотосферой слой называют хромосферой, во время полыых солнечных затмнений в те минуты, когда Луна полностью закрывает фотосферу, виден как розовое кольцо, окружающее тёмный диск. На краю хромосферы наблюдаются выступающие язычки пламени - хромосферные спикулы, представляющие собой вытянутые столбики из уплотнённого газа. Тогда же можно наблюдать и спектр хромосферы, так называемый спектр вспышки. Он состоит из ярких эмиссионых линий водорода, гелия, ионизированного кальция и других элементов, которые внезапно вспыхивают во время полной фазы затемнения. Выделяя излучение Солнца в этих линиях, можно получить его изображение. Хромосфера отличается от фотосферы значительно более неправильной неоднородной структурой. Заметно два типа неоднородностей - яркие и тёмные. По своим размерам они привышают фотосферные гранулы. В целом распределение неоднородностей образует так называемую хромосферную сетку, особенно хорошо заметную в линии ионизированного кальция. Как и грануляция, она является следствием движения газов в подфотосферной конвективной зоне, только происходящих в более крупных масштабах. Температура в хромосфере быстро растёт, достигая в верхних её слоях десятков тысяч градусов. Самая верхняя и самая разряжённая часть солнечной атмосферы - корона, прослеживающаяся от солнечного лимба до расстояний в десятки солнечных радиусов и имеющая температуру около миллиона градусов. Корону можно видеть только во время полного солнечного затмнения либо с помощью коронографа.
Вся солнечная атмосфера постоянно колеблется. В ней распространяются как вертикальные, так и горизонтальные волны с длинами в несколько тысяч километров. Колебания носят резонансный характер и поисходят с периодом около 5 мин. В возникновении явлений происходящих на Солнце большую роль играют магнитные поля. Вещество на Солнце всюду представляет собой намагниченную плазму. Иногда в отдельных областях напряженность магнитного поля быстро и сильно возрастает. Этот процесс сопровождается возникновенем целого комплекса явлений солнечной активности в различных слоях солнечной атмосферы. К ним относятся факелы и пятна в фотосфере, флоккулы в хромосфере, протуберанцы в короне. Наиболее замечательным явлением, охватывающим все слои солнечной атмосферы и за- зарождающимся в хромосфере, являются солнечные вспышки.
2.2. Излучения Солнца
Радиоизлучение Солнца имеет две составляющие - постоянную и переменную. во ремя сильных солнечных вспышек радиоизлучение Солнца возрастает в тысячи и даже миллионы раз по сравнению с радиоизлучение спокойного Солнца. Ренгеновские лучи исходят в основном от верхних слоёв атмосферы и короны. Особенно сильным излучение бывает в годы максимума солнечной активности. Солнце излучает не только свет, тепло и все другие виды электромагнитного излучения. Оно также является источником постоянного потока частиц - корпускул. Нейтрино, электроны, протоны, алфа-частицы, а так же более тяжелые атомные ядра составляют корпускулярное излучение Солнца. Значительная часть этого излучения представляет собой более или менее непрерывное истечение плазмы - солнечный ветер, являющийся продолжением внешних слоёв Солнечной атмосферы - солнечной короны. На фоне этого постоянно дующего плазменного ветра отдельные области на Солнце являются источниками более направленных, усиленных, так называемых корпускулярных потоков. Скорее всего они связаны с особыми областями Солнечной короны - коронными дырами, а также, возможно, с долгоживущими активными областями на. Наконец, с солнечными вспышками связаны наиболее мощные кратковременные потоки частиц, главным образом электронов и протонов. В результате наиболее мощных вспышек частицы могут приобретать скорости, составляющие заметную долю скорости света. Частица с такими большими энергиями называются солнечными космическими лучами. Солнечное корпускулярное излучение оказывает сильное влияние на Землю, и прежде всего на верхние слои её атмосферы и магнитное поле, вызывая множество интерестых геофизических явлений.
2.3. Солнечная активность
Солнечная активность - совокупность явлений, переодически возникающих в солнечной атмосфере. Проявления солнечной активности тесно связаны с магнитными свойствами солнечной плазмы. Возникновение активной области начинается с постепенного увиличения магнитного потока в некоторой области фотосферы. В соответствующих местах хромосферы после этого наблюдается увиличение яркости в линиях водорода и кальция. Такие области называют флоккулами. Примерно в тех же участках на Солнце в фотосфере (т. е. несколько глубже) при этом также наблюдается увиличение яркости в белом (видимом) свете - факелы. Увиличение энергии, выделяющейся в области факела и флоккула, является следствием увиличившихся до нескольких десятков экстред напряженности магнитного поля. Затем в солнечной активности наблюдаются солнечные пятна, возникающие через 1-2 дня после появления флоккула в виде маленьких чёрных точек - пор. Многие из них вскоре исчезают, и лишь отдельные поры за 2-3 дня превращаются в крупные тёмные образования. Типичное солнечное пятно имеет размеры в несколько десятков тясяч километров и состоит из тёмной центральной части - тени и волокнистой полутени. Важнейшая особенность пятен - наличие в них сильных магнитных полей, достигающих в области тени наибольшей напряжённости в несколько тысяч экстред. В целом пятно представляет собой выходящую в фотосферу трубку силовых линий магнитного поля, целиком заполняющих одну или несколько ячеек хромосферной сетки. Верхняя часть трубки расширяется, и силовые линии в ней расходятся, как колосья в снопе. Поэтому вокруг тени магнитные силовые линии принимают направление, близкое к горизонтальному. Полное, сумарное давление в пятне включает в себя давление магнитного поля и уравновешивается лавлением окружающей фотосферы, поэтому газовое давление в пятне оказывается меньшим, чем в фотосфере Магнитное поле как бы расширяет пятно изнутри. Кроме того, магнитное поле подавляет конвективные движения газа, переносящие энергию из глубины вверх. Вследствие этого в области пятна температура оказывается меньше примерно на 1000 К. Пятно как бы охлаждённая и скованная магнитным полем яма в солнечной фотосфере. Большей частью пятна возникают целыми группами, в которых, однако, выделяются два больших пятна. Одно, нибольшее, - на западе, а другое, чуть поменьше, - на востоке. Вокруг и между ними часто бывает множество мелких пятен. Такая группа пятен называется биополярной, потому что у обоих больших пятен всегда противоположная полярность магнитного поля. Они как бы связаны с одной и той же трубкой силовых линий магнитного поля, которая в виде гиганской петли вынырнула из-под фотосферы, оставив концы где-то в ненаблюдаемых, глубоких слоях. То пятно, которое соответствует выходу магнитного поля из фотосферы, имеет северную полярность, а то, в области которого силовые линии входят обратно под фотосферу, - южную.
Самое мощное проявление фотосферы - это вспышки. Они происходят в сравнительно небольших областях хромосферы и короны, расположенных над группами солнечных пятен. По своей сути вспышка - это взрыв, вызванный внезапным сжатием солнечной плазмы. Сжатие происходит под давлением магнитного поля и приводит к образованию длинного плазменного жгута или ленты. Длина такого образования составляет десятки и даже сотни тысяч километров. Продолжается вспышка обычно около часа. Хотя детально физические процессы, приводящие к возникновению вспышек, ещё не изучены, ясно, что они имеют электромагнитную природу.
Наиболее грандиозными образованиями в солнечной атмосфере являются протуберанцы - сравнительно плотные облака газов, возникающие в солнечной короне или выбрасываемые в неё из хромосферы. Типичный протуберанец имеет вид гиганской светящейся арки, опирающейся на хромосферу и образованной струями и потоками более плотного и холодного, чем окружающая корона, вещества. Иногда это вещество удерживается прогнувшимся под его тяжестью силовыми линиями магнитного поля, а иногда медленно стекает вдоль магнитных силовых линий. Имеется множество различных типов протуберанцев. Некоторые из них связаны со взрывоподобными выбросами вещества из хромосферы в корону.
Общая активность Солнца, характеризуемая количеством и силой проявления центров солнечной активности, периодически изменяется. Существует множество различных удобных способов оценивать уровень солнечной активности. Обычно пользуются наиболее простым и введённым раньше всех способом - числами Вольфа. Числа Вольфа пропорциональны сумме полного числа пятен, наблюдаемых в данный момент на Солнце, и удесятерённого числа групп, которые они образуют. Период времени, когда количество центров активности наибольшее называют максимумом солнечной активности, а когда их совсем нет или почти совсем нет - минимумом. Максимумы и минимумы чередуются в среднем с периодом 11 лет. Это составляет так называемый 11-и летний цикл солнечной активности.
2.4. Солнечная корона
Солнечная корона - самые внешние, очень разряженные слои атмосферы Солнца. Во время полной фазы солнечного затмнения вокруг диска Луны, который закрывает от наблюдателя яркую фотосферу, внезапно как бы вспыхивает жемчуженое сияние. Это на несколько десятков секунд становится видимой солнечная корона. Важной особенностью короны является её лучистая структура. Лучи бывают разной длины, вплоть до десятка и более солнечных радиусов. Общая форма короны меняется с фазами цикла солнечной активности:в годы максимума корона почти сферична, в годы минимума она сильно вытянута вдоль экватора. Корона представляет собой сильно разряжённую высокоионизированную плазму с температурой 1-2 миллиона градусов. Причина столь большого нагрева солнечной короны связана с волновыми движениями, возникающими в конвективной зоне Солнца. Цвет короны почти совпадает со светом излучения всего Солнца. Это связано с тем, что свободные электроны, находящиеся в короне, и возникающие в результате сильной ионизации газов, рассеивают излучение, приходящее от фотосферы. Из-за огромной температуры частичы движутся так быстро, что при столкновениях от атомов отлетают электроны, которые начинают двигатся как свободные частицы. В результате этого лёгкие элементы полностью теряют все свои электроны, так что в короне практически нет атомов водорода или гелия, а есть только протоны и альфа-частицы. Тяжелые элементы теряют до 10-15 внешних электронов. По этой причине в солнечной короне наблюдаются необычные спектральные линии, которые долгое время не удавалось отождествить с известными химическими элементами. Горячая плазма сильно излучает и поглощает радиоволны. Поэтому наблюдаемое солнечное радиоизлучение на метровых и децеметровых волнах возникает в солнечной короне. Иногда в солнечной короне наблюдаются области пониженного свечения. Их называют корональными дырами. Особенно хорошо эти дыры заметны по снимкам в ренгеновских лучах.
2.5. Диаметр Солнца
Точные измерения показывают, что диаметр Солнца не постоянная величина. Около пятнадцати лет назад астрономы обнаружили, что Солнце худеет и полнеет на несколько километров каждые 2 часа 40 минут, причем этот период сохраняется строго постоянным. С периодом 2 часа 40 минут на доли процента меняется и светимость Солнца, то есть излучаемая им энергия. Указания на то, что диаметр Солнца испытывает еще и очень медленные колебания со значительным размахом, были получены путём анализа результатов астрономических наблюдений многолетней давности. Точные измерения продолжительности солнечных затмнений, а также прохождения Меркурия и Венеры по диску Солнца показали, что в XVII веке диаметр Солнца превышал нынешний примерно на 2000 км, то есть на 0, 1%.
3. СОЛНЦЕ И ЗЕМЛЯ
Очевидно, что для человечества Солнце - небесное тело, оказывающее наибольшее влияние на Землю. Тепло и свет от Солнца согревают и освещают космический корабль "Земля", который был бы просто покрытой льдом холодной скалой, если бы его отодвинули от Солнца на расстояние, в десять раз превышающее теперешнее. Кроме этого теплового воздействия Солнце влияет на Землю и другими, более тонкими способами: оно меняет состав и структуру внешних слоев атмосферы, деформирует магнитное поле в окрестности Земли и создает незабываемые картины полярных сияний. Ветвь астрономии, которая пытается понять сложные и многообразные взаимодействия между Землей и Солнцем, называется солнечно-земной физикой.
3.1. Ионосфера
Примерно в 80 километрах над континентами и океанами начинается слой нашей атмосферы, называемый ионосферой. Ионосфера может простираться вплоть до высоты 1000 км. В этой области коротковолновое излучение Солнца, а также естественное космическое излучение (высокоэнергичные частицы, приходящие к нам из областей Вселенной, находящихся далеко за пределами Солнечной системы) взаимодействуют с атомами и молекулами атмосферы. Ультрафиолетовое и рентгеновское излучение, высокоэнергичные частицы обладают энергией, достаточной для того, чтобы выбить электроны из атмосферных атомов и молекул и превратить их в свободные частицы. Поэтому эта часть атмосферы ионизована; она состоит из электрически заряженных атомов и молекул, а также свободных электронов. Область ионосферы богата кислородом и имеет высокую температуру-свыше 1000 К. Но воздух здесь столь разрежен, что, вопреки этой высокой температуре, он ничего не нагревает; температуру следует рассматривать лишь как меру скорости движения ионов и электронов. Так как Солнце является основным источником ионизующего излучения, разнообразные измеренные характеристики ионосферы меняются с изменением степени активности Солнца. Когда на Солнце мир и спокойствие, электронная плотность и протяженность ионосферы уменьшаются. Однако большие солнечные вспышки меняют это состояние и приводят ионосферу в возбужденное состояние.
До ракетного века ионосферу можно было исследовать лишь с помощью радиоволн. Однако в настоящее время, в эру спутниковых трансконтинентальных телевизионных передач телефонной и радиосвязи, легко забыть, что когда-то радиопередачи на большое расстояние полностью зависели от ионосферы. Так как эта область содержит много свободных электронов, она является хорошим проводником электричества, вследствие чего радиоволны с большой длиной волны отражаются от нее, как и от металлического экрана. Таким образом, радиосвязь с пунктами, находящимися за горизонтом, осуществляется за счет отражения радиоволн от нижней поверхности электропроводящей ионосферы. Такая связь причиняет довольно много неудобств, потому что ионосферный слой меняется в течение дня и зависит от времени года и уровня солнечной активности.
Именно ионосфера в основном не пропускает космическую радиацию (частицы, рентгеновское и ультрафиолетовое излучение), весьма опасную для человеческой жизни. Иногда мы говорим, что ионосфера защищает нас от вредного воздействия солнечной радиации. Хотя верхняя атмосфера и обеспечивает эту защиту, важно сознавать, что сложная сегодняшняя жизнь на Земле развивалась из более простых форм в среде, подвергавшейся очень слабому воздействию ультрафиолетового и рентгеновского излучения. Если бы ионосфера хуже защищала нас от внешних воздействий, жизнь, вероятно, развивалась бы иначе и организмы уже на стадии своего возникновения вынуждены были бы выработать у себя лучшую систему защиты от воздействия Солнца. Действительно, существуют простые примеры такого приспособления: темнокожие расы возникли в тропиках и темный цвет тела приобрели в силу необходимости защищаться от тех ультрафиолетовых лучей, которые не были поглощены воздухом уже ранее. Светлокожие люди могут приобрести темную пигментацию, подвергнув свою обнаженную кожу воздействию сильного солнечного света, но, если Вы - светлокожий, Вы, вероятно, на своем горьком опыте убедились, что стать темным можно лишь через несколько дней! Из-за того что жизнь развивалась под этим защитным покровом, мы не обладаем никакой естественной защитой от прямого воздействия Солнца. По этой причине и по ряду других необходимо, чтобы как космический корабль, так и одежда путешествующих в космосе имели специальный защитный экран.
Доза облучения, получаемая экипажами сверхзвуковых самолетов, летающих на очень больших высотах, должна непрерывно контролироваться медицинским персоналом. Пассажиры подвергаются меньшему риску даже в периоды высокой солнечной активности, так как они совершают значительно меньше высотных путешествий. После большой солнечной вспышки резко возрастает число высокоэнергичных частиц в окрестности Земли. Частицы, обладающие самой высокой энергией,- это протоны, выбрасываемые из Солнца со скоростью, близкой к скорости света. При сильной вспышке часть активной области действует подобно ускорителю частиц или установке для расщепления атомного ядра. Эти релятивистские протоны достигают Земли почти в то же время, когда мы обнаруживаем вспышку с помощью наших телескопов. Они вторгаются в атмосферу и с большой силой сталкиваются с атомами. При этом возникают нейтронные ливни, которые обнаруживаются с помощью наземных инструментов. Мощная солнечная вспышка вызывает увеличение скорости счета нейтронов на уровне Земли в десять-двадцать раз. Эти нейтроны не причинят Вам вреда, но вот протонам, движущимся со скоростью света, не потребуется много времени для того, чтобы уничтожить Вас мучительной смертью. По этой причине за поведением Солнца обычно и ведется столь тщательное наблюдение, когда астронавтам необходимо выполнить какую-то работу непосредственно в космическом пространстве или на Луне, в то время как они защищены одними лишь скафандрами.
Солнце и его меняющееся излучение ответственны за некоторые из явлений, мешающих радиолюбителям. В качестве лишь одного примера приведем затухание на коротких радиоволнах. Это - внезапное прекращение приема радиопередач на коротких волнах. Оно происходит тогда, когда Солнце вызывает повышенную ионизацию в самом нижнем слое ионосферы, который и поглощает сигнал. На очень низких частотах отражающие свойства ионосферы значительно лучше, поэтому низкочастотные электромагнитные волны, генерируемые во время естественных гроз, легко преодолевают большие расстояния. Это приводит к значительному росту регистрируемого числа гроз, треск от которых в виде атмосфериков принимается радиоприемником.
3.2. Магнитосфера
Выше атмосферы и ионосферы чрезвычайно существенно влияние Солнца на ту неосязаемую магнитную оболочку - земную магнитосферу, которая как броня защищает нашу Планету от непрерывной бомбардировки ее атомными частицами солнечного ветра. Магнитосфера является результатом взаимодействия собственного магнитного поля Земли с магнитным полем и электрическими токами, порождаемыми солнечным ветром.
Начнем с рассмотрения магнитного поля Земли. В настоящее время поле, регистрируемое на поверхности Земли, может быть легко смоделировано в предположении о том, что где-то более или менее в центре нашей планеты находится магнитный диполь (стержневой магнит в виде железного бруска). На самом деле внутри ее, конечно же, нет никакого постоянного железного магнита: поле, по-видимому, генерируется и поддерживается электрическими токами, текущими внутри жидкого ядра Земли, но на поверхности и вне ее оно подобно полю стержневого магнита. Магнитный диполь Земли наклонен к оси ее вращения примерно на 11° и отстоит от действительного центра Земли приблизительно на 500 километров. В результате северный магнитный полюс находится в Гренландии, а южный - в Антарктиде. В нынешние времена напряженность поля уменьшается довольно медленно с постоянной скоростью. Если так будет продолжаться и дальше, примерно через 2000 лет поле обратится в нуль. Из исследований реликтового магнитного поля, зафиксированного в горных породах, мы знаем, что напряженность и направление геомагнитного поля изменялись на протяжении всего геологического периода жизни Земли. Магнитное поле Солнца меняет свое направление на противоположное каждые 11 лет вследствие той перестройки, которую испытывает динамо. Внутри Земли свойства магнитного поля изменяются значительно медленнее и, по-видимому, не являются регулярными.
Магнитное поле, измеренное в любой точке на поверхности Земли, складывается из собственного поля Земли и магнитного поля, связанного с Солнцем и тем веществом, истекающем из Солнца, которое при своем движении наталкивается на Землю или обтекает ее. Так как неистовое Солнце может меняться в течение минут, напряженность или направление измеряемого магнитного поля не являются строго постоянными.
Очень заметно меняется горизонтальная компонента поля, когда происходит сильное уменьшение его напряженности. Эти внезапные резкие спады напряженности поля, более известные под красочным названием "геомагнитных бурь", могут продолжаться несколько дней. В течение всего этого времени чувствительный магнитный компас ведет себя настолько неустойчиво, что его показания могут казаться ошибочными. Сейчас мы уже знаем, что эти бури не вызваны какими-то внезапными изменениями внутри нашей собственной планеты. Напротив, виновником является Солнце, так как флуктуации поля (и стрелки компаса) обусловлены приходом к Земле высокоскоростных потоков солнечной плазмы, выброшенных во время большой солнечной бури. Активные области могут существовать на Солнце в течение более чем одного солнечного оборота. В этом случае связанная с ними геомагнитная буря также может повториться снова через двадцать семь суток, составляющих полный оборот Солнца вокруг своей оси относительно Земли. Большие геомагнитные бури связаны также и с возмущениями в ионосфере, которые вызывают временное прекращение приема радио- и телевизионных передач, так как и бури, и возмущения в ионосфере определяются по существу одними и теми же солнечными явлениями.
Поскольку солнечный ветер постоянно обтекает нашу планету, он создает полость, заключающую внутри себя геомагнитное поле, которое в противном случае простиралось бы далеко в космическое пространство. По сравнению с самой Землей магнитосфера велика. Со стороны, обращенной к Солнцу, ее граница отстоит от Земли примерно на десять земных радиусов. Существует внешний пограничный слои, называемый магнитопаузой, толщиной примерно 100- 200 км. С ночной стороны нашей планеты магнитосфера очень сильно вытянута - на 1000 земных радиусов - подобно хвосту кометы. Фактически она незаметно сливается с межпланетным магнитным полем. На этой стадии наших рассуждений, возможно, будет полезным представить себе магнитосферу в виде окружающего Землю магнитного скелета. Сразу же за границей магнитосферы существует еще другая, особая область взаимодействия, называемая магнито-слоем-тело поверх скелета. Магнитослой-это область пространства, где частицы солнечного ветра обтекают магнитосферу. В саму магнитосферу частицы почти не проникают. На переднем крае магнитослоя, обращенного к Солнцу, существует стоячая ударная волна. Она напоминает ударную волну, или тот звуковой удар, который сопровождает сверхзвуковой самолет. Обычно, когда обладающая магнитным полем планета находится внутри потока солнечного ветра, ударный фронт возникает из-за того, что ветер обтекает планету со скоростью, большей скорости звука в ветре. Это в точности та же физическая ситуация, что и в случае ударной волны, возникающей, когда самолет движется быстрее скорости звука в воздухе. Одной из особенностей этой магнитной ударной волны вблизи Земли является то, что она того типа, который очень трудно создать в лаборатории: бесстолкновитель-ная гидромагнитная ударная волна.
Запущенные в дальний космос ракеты "Пионер-10 и -11" и космический корабль "Вояджер" проходили мимо Юпитера. Эта планета обладает значительно более протяженной, чем у Земли, магнитосферой. Полеты позволили получить независимую информацию о природе планетных магнитосфер. У Сатурна также есть магнитное поле, простирающееся далеко в космическое пространство.
Ту часть магнитосферы, которая обращена в направлении от Солнца, называют по-разному: "геомагнитный хвост", "магнитосферный хвост" или более просто "хвост магнитосферы". Хвост этот, скорее, напоминает две прижатые друг к другу трубки. В верхней трубке магнитное поле направлено к Солнцу, в нижней - от Солнца. Там, где две трубки соприкасаются, находится нейтральная область, так как противоположно направленные поля в большей или меньшей степени взаимоуничтожают друг друга.
Конечно, магнитосфера не является совершенно непроницаемым барьером - частицы отклоняются от своего пути вблизи Земли (мы уже упоминали о тех эффектах, которые они вызывают в ионосфере). Движение заряженных электрических частиц в дипольном магнитном поле Земли таково, что частицы с соответствующей энергией могут захватываться этим полем и почти бесконечно двигаться вокруг Земли в радиационных поясах. Внутренний радиационный пояс был открыт и его форма была выведена Дж. А. Ван Алленом в 1958 г. С помощью простых детекторов заряженных частиц на борту первого американского искусственного спутника "Эксплорер-1" не удалось зарегистрировать частицы выше 1000 км. Позднее лабораторные испытания и дальнейшие спутниковые наблюдения показали, что нулевой отсчет в действительности был всего лишь результатом того, что детекторы были полностью зашкалены в радиационных поясах. Внутренний пояс заполнен главным образом протонами, в то время как более протяженный внешний пояс содержит также и электроны.
Захват частиц радиационными поясами происходит вследствие того, что электромагнитные силы вынуждают заряженные частицы двигаться по спирали вдоль силовых линий магнитного поля. Вблизи полков магнитного поля силовые линии сходятся вместе, образуя воронку, и на движущиеся по спирали частицы начинает действовать сила бокового сжатия. В результате образуется магнитное зеркало: частицы носятся взад и вперед от полюса к полюсу, проходя весь путь от одного полюса до другого самое большее за несколько секунд. Для того чтобы более ясно понять природу этих поясов, в 1958 и 1962 годах были выполнены эксперименты, которые в настоящее время кажутся безответственными. В космическом пространстве были взорваны ядерные бомбы с целью создать искусственные пояса заряженных частиц. В конце концов такая самодеятельность во внешнем космическом пространстве была прекращена международным соглашением. Взрыв, произведенный в рамках проекта "Старфиш" в 1962 г, создал радиационный пояс, который существовал в течение нескольких лет. Безрассудство этих упражнений стало особенно убедительным тогда, когда поняли, что в результате последствий этого взрыва несколько дорогостоящих спутников по существу были выведены из строя из-за повреждения панелей солнечных батарей. Другой аспект физической связи между Солнцем и Землей проявляется в виде мерцающего света полярных сияний. Связь явления полярных сияний с магнитной активностью на Земле в действительности была установлена еще в XVIII веке. Теперь мы уверены в том, что активное Солнце ответственно за оба этих явления и что недостаток солнечных пятен во время минимума Маундера сопровождался отсутствием наблюдаемых проявлений полярных сияний с 1645 по 1715 год.
Большая часть света полярных сияний излучается атомами водорода и молекулами азота, которые возбуждаются за счет столкновений с низкоэнергичными электронами. Возмущения магнитного поля в хвосте магнитосферы вытряхивают электроны из хвоста в направлении Земли, где они и высыпаются на высоких широтах в области магнитных полюсов. На самом деле электроны при своем движении концентрируются в тонких слоях, что придает многим сияниям характерный вид свисающих штор. В действительности же реальные формы полярных сияний классифицировать трудно, хотя ученые и называют их по-разному - дуги, ленты, лучи и вуаль. Размеры могут меняться в очень широких пределах. Обычно они наблюдаются на высотах 100-150 км и по горизонтали могут иметь размеры от десятков метров (лучи полярного сияния) до тысяч километров (дуги или полосы).
Зоны полярных сияний, в которых наблюдателями на Земле отмечена наибольшая активность, находятся на широтах 67° к северу и югу от экватора и имеют ширину около 6°. Действительные размеры овальной области вокруг магнитного полюса, в которой происходят сияния, меняются. Ночью она обычно удалена от полюса на 22° или около того; это противоречит общепринятой, но неправильной точке зрения о том, что полярные сияния происходят над геомагнитным полюсом. Они образуют широкий овал, окружающий полюс.
Вследствие той связи, которая существует между полярными сияниями, свойствами магнитосферы и солнечной активностью, проявления полярных сияний зависят от солнечного цикла, 27-суточного среднего периода вращения Солнца вокруг своей оси, времени года и общего уровня магнитной активности. Обобщая вышесказанное, можно сказать, что наиболее эффективные полярные сияния наблюдаются вблизи максимума солнечной активности. Цвет полярных сияний обычно красный или зеленый. Красный цвет излучается атомами кислорода, зеленый - молекулами азота. Излучение заметно также в ультрафиолетовом и инфракрасном диапазонах.
3.3. Атмосфера
Солнце, таким образом, оказывает заметное воздействие на магнитную оболочку Земли. А как обстоит дело с окутывающей Землю атмосферой? Несомненно, Солнце должно действовать и на нее тоже. В последние годы поразительно вырос интерес к изменениям климата на Земле, причинам климатических изменений и прогнозу будущих тенденций изменения климата. Хотя в общем-то является общепринятым то, что астрономические факторы могут оказывать заметное влияние на климат, нет какого-либо определенного доказательства того, что какое-нибудь отдельное климатическое "событие" в прошлом, такое, например, как эпоха оледенения, может быть приписано астрономическим факторам. Одна из трудностей связана с тем, что хорошие данные о явлениях на Солнце у нас имеются всего лишь за последние три столетия, а тщательные измерения светимости Солнца охватывают менее одного столетия. Эти периоды времени слишком малы по сравнению с характерным временем климатических изменений на Земле, которое, по-видимому, характеризуется более длительными (несколько столетий) промежутками. Следовательно, для того, чтобы охватить данными достаточно продолжительный период, мы должны опираться на информацию о климате и об астрономических явлениях, полученную еще в те времена, когда инструментов для наблюдений не существовало. Мне, как астроному и неклиматологу, казалось, что получить достаточно надежную информацию о характеристиках как климата, так и Солнца за прошедший период трудно, хотя я никоим образом не хочу этим сказать, будто достижения в наших знаниях о Солнце и климате не были впечатляющими. Нет никакого сомнения в том, что климат менялся и продолжает меняться. Геологи отождествили несколько ледниковых периодов за последние 3 миллиона лет, в течение которых толстый слой льда покрывал значительную часть континентов. По геологической шкале времени лед отступил лишь недавно. Но причина ледниковых периодов вес еще представляет собой предмет значительных разногласий, и мы не знаем, имеет ли орошение к этой проблеме влияние космоса или Солнца.
Свидетельства отсутствия солнечной активности в XVII веке в период Маундеровского минимума очень убедительны и основаны на исторических записях. В 1960-х годах появился новый метод исследования солнечных вариаций в прошлом вплоть до нескольких тысяч лет назад. В его основе лежит метод измерения количества радиоактивного углерода в старых деревьях.
Радиоактивный углерод, или углерод-14, образуется в "верхней части атмосферы Земли, там, где в атмосферу вторгаются пришедшие из дальнего космоса высокоэнергичные заряженные частицы. Когда Солнце активно и нл нем много пятен, оно имеет протяженное магнитное поле. Это поле защищает внутреннюю Солнечную систему от высокоэнергичных космических лучей. Когда же Солнце спокойно, его магнитное поле обеспечивает худшую защиту. Тогда на планету попадает больше высокоэнергичных частиц и в верхней части атмосферы образуется больше углеоода-14. Этот изотоп углерода имеет период полураспада 5730 лет, так что, если он где-либо был изолирован и накоплен (например, в древесине), можно определить, сколько углерода-14 было там вначале, при условии что он был захвачен не более нескольких тысяч лет назад.
Углерод-14 накапливается в деревьях. Рост растений определяется тем, что они поглощают из атмосферы двуокись углерода и под воздействием солнечного света образуют клетчатку (в состав молекул которой входят многочисленные атомы углерода) в виде вновь нарастающей древесины. Эта клетчатка откладывается каждый год внутри дерева в виде колец, содержащих небольшое количество углерода-14, поглощенного вместе с обычным углеродом.
Деревья-долгожители, такие, например, как известные секвойи, могут таким образом вести солнечную летопись в течение нескольких тысяч лет.
У этого метода существуют и ограничения. В конечном счете запись постепенно стирается за счет естественного распада углерода-14, так что на практике по кольцам деревьев можно собрать данные лишь за последние 7500 лет. Более серьезной проблемой является то, что углерод-14 образуется в верхней части атмосферы, в то время как деревья растут внизу. Поэтому циркуляция радиоуглерода очень сложна. В частности, поглощение и растворение радиоуглерода в океанах сглаживают изменения содержания радиоуглерода за периоды меньше двадцати лет. В результате этого нет никаких четких признаков того, что по данным о радиоуглероде можно проследить солнечный одиннадцатилетний цикл. Большим триумфом метода, однако, было то, что измерения оадиоуглерода отчетливо выявили минимум Маундера, так же как и ранее подозревавшийся период отсутствия активности в 1450-1540 годах н. э. и период заметной активности в XX веке. Основные изменения, продолжающиеся в течение.нескольких солнечных циклов, в том-числе и в течение тех периодов, когда исторические записи неопределенны, по-видимому, будут зафиксированы радиоактивной летописью в деревьях, поэтому попытка прочитать эту летопись за период, предшествующий тому времени, когда существуют и свидетельства в виде исторических записей, возможно, имеет смысл.
Одной из особенностей, сразу же выявляющейся при исследовании 7500-летнего периода, является эффект медленно меняющегося магнитного поля Земли, поведение которого за последние годы известно нам из исследований намагниченных горных пород. Когда плавное изменение, обусловленное этим, учтено, данные об углероде выявляют ряд других поразительных событий. Эти события могут ввести нас в заблуждение или оказаться ложными вследствие несовершенства данных, но могут быть и регистрацией изменений солнечной активности. С некоторой осторожностью будем предполагать, что они действительно обусловлены изменяющимся Солнцем.
Джон Эдди отождествил 18 случаев в прошлом, когда Солнце было или спокойнее, или более активно, чем обычно, и построил график, на котором показал изменения Солнца вплоть до 5500 года до н. э. Наиболее заметная особенность этой кривой связана с тем, что в последнем столетии наблюдается подъем на гребень новой волны солнечной активности. По сравнению со значительно более длительным периодом в тысячи лет сегодняшний уровень солнечной активности, судя по числу солнечных пятен, протяженности короны, полярных сияний к вспышек, может быть необычно интенсивным. К тому же и в данных содержится смутный (не более!) намек на то, что существует цикл солнечной активности с периодом около 2500 лет.
Теперь зададим себе вопрос, связаны ли изменения солнечной активности, зафиксированные кольцами деревьев, с изменениями нашего климата? Если взять исторические данные, то обращает на себя внимание тот факт, что последние два минимума солнечной активности, имевшие место в XV и XVII столетиях, совпадают с периодами продолжительной чрезвычайно холодной погоды. Этот длительный период ужасной погоды часто называют Малым ледниковым периодом. Несомненно, этот период был исключительно холодным, согласно записям по меньшей мере за прошедшие 3000 лет и совпадал с удивительно спокойным Солнцем. В XVII векe Балтийское море зимой полностью замерзало. В течение многих лет европейские реки покрывались толстым льдом, и на льду Темзы в Лондоне устраивались празднества. Рост населения прекратился, как только холодные объятия зимы нанесли непоправимый урон сельскому хозяйству. Во время Малого ледникового периода среднегодовая температура в Англии (стране, для которой существуют наилучшие данные о температуре) была примерно на 1 градус Цельсия холоднее нормальной. Отметим, что удивительно-малое изменение оказывает очень сильное воздействие, если оно продолжается непрерывно в течение десятилетий или столетий. В продолжение XV и XVII веков во всем северном полушарии Земли температура неизменно была ниже нормальной на 0,5-1 градус Цельсия.
Обратившись к периоду, более чем на несколько сотен лет предшествовавшему нашему, климатологи просмотрели записи о недавних флуктуациях протяженности ледников как в Европейских Альпах, так и во всем мире. При сопоставлении информации о продвижении льда с регистрацией солнечной активности по радиоуглероду было отмечено их хорошее соответствие друг другу. Найдено, что в те периоды, когда солнечная активность замедляет продвижение льда и когда Солнце слегка сердится (как это происходит в настоящее время), ледники отступают назад на горные склоны. Записи о поведении ледников также указывают на возможный 2500-летний цикл в солнечной активности. Корреляция на первый взгляд поразительная, но требует для своего подтверждения дополнительных данных.
Столь осторожные исследователи, как Эдди, справедливо указали на то, что мы можем прийти к неправильному заключению. Если флуктуации климата каким-то образом регулируют количество находящегося повсюду в атмосфере углерода-14, корреляция какой-либо характеристики климата (как, например, протяженности ледников) с углеродом-14 обязательно будет наблюдаться независимо от того, какова причина этой корреляции. Именно поэтому столь и важны исторические свидетельства о Маундеровском минимуме, что мы не сомневаемся в том, что отсутствие пятен не зависит от холодного климата. Подобным же образом редкие данные из восточных источников оказывают дополнительную поддержку представлению о том, что солнечные изменения проявляются в данных об углер,оде и климатических флуктуациях.
Если мы примем тот факт, что климатические изменения на протяжении столетий и тысячелетий определяются Солнцем, проблемы интерпретации этих изменений все же останутся. Нам хотелось бы узнать, каким образом солнечная активность приводит к общему потеплению земного климата. Возможно, этот эффект передается посредством воздействия магнитного поля или же обусловлен возрастанием ультрафиолетового излучения от Солнца во время периодов солнечной активности. Самым простым механизмом из всех является изменение полного потока энергии с поверхности Солнца. Изменение полного потока примерно на 1 процент должно приводить к климатическим изменениям, подобным Малому ледниковому периоду. Изменение такого порядка не было бы замечено астрономами, если бы оно происходило постепенно, например в течение последней сотни лет. А падение температуры в центре Солнца позволило бы объяснить проблему нейтрино.
Таким образом, у нас есть свидетельства того, что в течение последних нескольких тысяч лет менялись и Солнце, и климат и что, по-видимому, между ними существует заметная связь. В течение уже длительного времени астрономы и метеорологи занимаются этой связью между 11-летним солнечным циклом и погодой.
4. НАШЕ СОЛНЦЕ-НАШЕ БУДУЩЕЕ
Энергия непрерывно течет от горячего Солнца в холодную Вселенную с исключительно высокой интенсивностью. Энергия, испускаемая Солнцем, выражается в киловаттах числом 3,8*1023 кВт; для сравнения заметим, что потребление энергии большинством домашних бытовых приборов составляет 0,3-3 кВт. Столь большие числа тяжелы для восприятия, пока они не переведены в более знакомые понятия. Участок солнечной поверхности размером с большую почтовую марку (5 кв. сантиметров) излучает около 30 кВт. Это значительно больше той энергии, что потребляется небольшим автомобилем,: Еще один способ получить представление об излучаемой Солнцем энергии - совершенно справедливое утверждение о том, что за секунду Солнце испускает во Вселенную больше энергии, чем вся энергия, выработанная человеческой цивилизацией за время своего существования. Ясно, что Солнце-наиболее важный источник энергии для людей, если мы рассматриваем достаточно продолжительный период времени.
Настоящее состояние планеты Земля таково, что на ней господствующее положение заняли люди-существа, обладающие развитой технологией, под которой я имею в виду способность создавать машины, потребляющие энергию и материалы для того, чтобы повышать уровень жизни людей выше того уровня, который был бы преобладающим в "чистой" природе (т. е. в мире без машин). Хорошо известно, что средний жизненный уровень людей в различных частях мира зависит от количества энергии, доступной для данного общества. Здесь "доступный" означает "имеющий низкую стоимость по сравнению со стоимостью труда"; так, в сельской Индии, например, большинство различных видов энергии очень дороги, за исключением местного кизяка и дров; ни то, ни другое непригодно для двигателей машин. С другой стороны, в Канаде и США-самые высокие нормы потребления энергии на душу населения, и уровень жизни в этих странах достаточно высок, если мерить его чисто материальными показателями. Современный образ жизни очень сильно зависит от обильного снабжения дешевой энергией; что обеспечивает создание комфортных условий в жилищах, которые мы обогреваем или охлаждаем; они могут быть просторными, если недорога земля, транспорт также дешев и производимые товары относительно недороги. Любопытно, что хотя для производства товаров необходимы и энергия, и сырье, для экономики обычно важнее наличие дешевой энергии в данном месте, чем поставки сырья. Великобритания, например, имеет обильные и разнообразные источники энергоснабжения, нo очень мало основных видов сырья.
В своей книге "Десять ликов Вселенной" астрофизик и писатель-фантаст Фред Хойл сделал ряд интересных наблюдений о потреблении энергии людьми. Мы, например, потребляем в пятнадцать раз больше энергии немускульного происхождения (обогрев, топливо, машины), чем получаем непосредственно с пищей. Наличие технологии означает, что в среднем по земному шару люди им.еют в своем распоряжении в пятнадцать раз больше энергии, чем существа, запасы энергии которых целиком определяются поглощенной ими пищей. Фактически отношение количества потребляемой энергии немускульного происхождения к количеству энергии, получаемой с пищей, является грубой мерой уровня технологии и той степени, с которой эксплуатируются ресурсы планеты. В качества другого примера приведем следующий: в античную эпоху основным источником энергии для имущих классов был труд рабов, и отношение энергии немускульного происхождения к энергии мускульного труда было, вероятно, меньше единицы; эта небольшая величина в значительной степени объясняет различие в образах жизни, характерных для цивилизаций Древней Греции и Рима и сегодняшнего индустриального общества. Цивилизация, которая смогла бы достичь того, что потребляемая ею энергия немускульного происхождения была бы, скажем, в тысячу раз больше энергии, определяемой потребляемой ею пищей, была бы или чрезвычайно расточительной, или в значительно большей степени развитой, чем наша собственная.
В настоящее время высокоиндустриальные страны Северной Америки, Европы и Австралии все (больше беспокоятся по поводу регулярно повторяющихся энергетических кризисов. Это беспокойство связано с сокращающимися запасами нефти, растущей стоимостью энергии и, как следствие этого, неспособностью правительств сдержать инфляцию. С этим связано и чувство того, что ресурсы вообще истощаются и что мы вот-вот будем погребены под нашими собственными отбросами, задохнемся в загрязненной атмосфере или будем сожжены радиоактивными отходами. В значительной степени эти настроения обязаны своим происхождением политикам, журналистам и людям, отвечающим за рекламу и озабоченным лишь такими весьма краткосрочными проблемами, как выборы в следующем году, завтрашние газеты или очередное возрастание цен. С точки зрения космической перспективы, если рассматривать проблему во всемирном масштабе и на большем интервале времени, в конечном счете не существует никакой действительной нехватки энергии; отсутствуют и какие-либо существенные соображения, согласно которым повторное использование естественных материалов и изобретение искусственных не позволили бы обеспечить достаточное количество материальных благ. Под словами "в конечном счете", "действительная" и "существенные" я имею в виду то, что в конце-то концов ресурсов планеты вполне хватит для всех, если они будут использоваться человечеством мудро и справедливо, что до известной степени предполагает соответствующий учет всех наличных ресурсов на Земле и действительных нужд большей части населения. Конечно, ключом к этой идеальной ситуации является правильная оценка той роли, которую должны играть солнечная, ядерная и получаемая за счет использования горючих ископаемых энергия в мире, планируемом в соответствии с научными принципами и с учетом прав всего человечества. Человечество при его теперешней социальной организации по существу устроило бесстыдную свалку с целью захватить все доступные в настоящее время источники энергии (если не принимать во внимание в газетах рассуждений о дне Страшного Суда и условий, в которых мир будет существовать через какие-нибудь пятьдесят лет). По-видимому, кое-кто из экономистов стремится обесценивать будущее на 10 процентов ежегодно: с каждым галлоном топлива, сжигаемым сегодня, обращаются так, как если бы он обходился раз в 200 дешевле того галлона топлива, который предстоит сжечь через пятьдесят лет. Вот почему нефтедобытчики и качают нефть из Земли с такой скоростью, с какой только могут!
Наше энергопотребляющее общество почти полностью обеспечивается энергией за счет топлива из ископаемых останков растений и животных: нефти, угля, газа, хотя ядерные и гидроэлектрические источники энергии приобретают, конечно, все большее значение. Топливо, добываемое из Земли,-это первоначально запасенная в организмах солнечная энергия, которая накапливалась на протяжении сотен миллионов лет. Для образования залежей угля и месторождений нефти потребовалось полмиллиарда лет. Как известно, большая часть этого наследства была сожжена за столетие.
В настоящее время ископаемое топливо все еще представляет собой обильный источник энергии, доступной по исключительно умеренной цене и не требующей для своего производства больших усилий, по крайней мере по сравнению с другими альтернативными или заменяющими источниками энергии. Поскольку правительства западных стран чрезвычайно заинтересованы в поддержании потребительских цен на низком уровне (правда, в случае энергии - искусственно низком), пока еще не существует каких-либо сильных побуждений для переключения на источники энергии, не основывающиеся на ископаемом топливе.
На сколько времени хватит разведанных запасов угля и нефти? Теперешние запасы могли бы дать около 1023 джоулей (новейший 300-ваттный бытовой прибор, такой, например, как кухонный комбайн, потребляет 106 джоулей в час), которых достаточно для того, чтобы обеспечить снабжение энергией при теперешних темпах ее потребления до 2500 г. Эта экстраполяция предполагает, что никакого роста в ежегодных темпах потребления энергии не происходит, что определенно не так в настоящее время.
Предположим теперь, что предприняты огромные усилия для того, чтобы сохранить топливо: посредством теплоизоляции домов, используя меньше автомобилей, за счет ликвидации отходов в промышленности и так далее. Даже при уменьшении темпов потребления наполовину запасов не может хватить далее чем до 3000 года. Следует помнить также, что некоторые типы месторождений (такие, например, как гудронированные пески, нефтеносные сланцы и бедные углем залежи) могут быть использованы только посредством затраты на стадии добычи значительной части содержащейся в месторождении энергии. Мы видим, что в течение будущего периода, сопоставимого с интервалом времени между Возрождением и теперешним днем, должна произойти существенная реорганизация энергоснабжения и спроса, так как в противном случае ископаемые виды топлива неминуемо будут исчерпаны.
Следовательно, мы приходим к выводу, что если общество с хорошо развитой технологией является желанной целью для всего человечества, совершенно необходимо получить доступ к другим источникам энергии значительно раньше того момента, когда будут выработаны запасы ископаемого топлива. Меры, принимаемые с целью экономии запасов топлива, не избавляют нас в конечном счете от необходимости радикальной замены источников энергоснабжения. Они представляют собой разумный способ выиграть время, даже если и позволят лишь отсрочить дату, при которой это станет неизбежным.
С переключением на источники ядерной энергии проблемы снабжения и резервов по существу станут тривиальными. Запасы тория и урана, используемые в качестве топлива и обычных ядерных реакторах, огромны, возможно в миллион раз больше запасов ископаемого топлива. К тому же имеются фантастические запасы тяжелого изотопа водорода - дейтерия - в океанах. Его достаточно для того, чтобы общество, интенсивно расходующее энергию, функционировало на протяжении многих миллионов лет. Существующая проблема здесь - это проблема технологии.
Солнце легко превращает водород в гелий, но на Земле это пока достигнуто лишь в экспериментах, довольно ограниченных по своим масштабам. Еще ни один эксперимент по синтезу водорода не дал энергии больше, чем та, которая была введена в установку. Удерживать дейтериевую плазму при очень высокой температуре в течение времени, достаточного для того, чтобы начался синтез, до сих пор не удается. Сосуд из любого материала для этого не годится. Много остроумных методов было предложено для удержания горячей плазмы магнитными полями. И хотя правительства многих стран тратят значительные средства на исследования плазмы, термоядерный реактор, который оправдал бы отпущенные на него средства, еще не построен. Тем не менее "Солнце в лаборатории" становится все ближе. Обнадеживающими оказались эксперименты, в которых при помощи мощных лазеров взрывали капельки обогащенной дейтерием воды. Время удержания плазмы все время растет. Возможно, экспериментального реактора, в котором осуществляется синтез ядер, осталось ждать не так уж долго.
Большинство людей испытывают подлинный страх перед ядерной войной. Однако репутация ядерных реакторов на протяжении всей их истории была хорошей. Наиболее серьезная до настоящего момента авария, которая произошла в 1979 году на атомной станции "Три Майл Айленд", была ликвидирована раньше, чем авария приобрела катастрофический характер. Реактор был разрушен за пятнадцать минут, и вся установка получила серьезные повреждения. Случайные аварии такого типа могут служить серьезным уроком для Операторов, требуя от них постоянной бдительности и осторожности. В энергетических ядерных установках достигнута достаточно высокая степень безопасности, близкая к теоретически возможной. Аварии более вероятны скорее в результате последовательности человеческих ошибок, чем пороков конструкции. Это также должно учитываться и учитывается на стадии проектирования новых установок.
Ядерная энергия является теперь существенным источником электроэнергии в Европе и США, хотя пока этот источник поставляет лишь небольшую долю всей потребляемой энергии. Ядерная энергетика обеспечивает эти страны энергией в течение ряда лет без каких-либо катастрофических взрывов, драматического, возросшего числа смертей среди операторов установок и без того, чтобы местное население подвергалось уровням облучения, которое заведомо вредно. В настоящее время работает уже достаточно атомных электростанций для того, чтобы какая-либо случайная внушающая страх история достигла газет и телевидения, как серьезная авария на "Три Майл Айленд", упоминавшаяся выше. Были и смертельные случаи облучения, но их было очень мало, и они происходили лишь с людьми, непосредственно работавшими на станциях. Аргументы против атомных электростанций необходимо выслушать и рассмотреть, но они, по-видимому, не могут сыграть роль неотразимого аргумента, если принять во внимание сильно ограниченную потенциальную энергию ископаемого топлива. Проблема ядерных отходов-это проблема, на которую промышленность не должна закрывать глаза. Технология, намного опередившая нашу собственную с точки зрения использования энергии, должна была бы иметь усовершенствованные, надежные методы обращения с радиоактивными кучами отходов. На современном уровне производства отходов нельзя не учитывать огромные возможности океанов по поглощению и рассеиванию опасных и ядовитых веществ, так как они в целом уже обладают значительно большей радиоактивностью, чем та, которую добавят отходы ядерных станций.
Антиядерное "лобби" часто не учитывает ту дорогую цену в виде человеческих страданий и смерти, которую приходится платить за добычу обычных видов топлива: шахтеры, заваленные в шахтах, погибшие или преждевременно вышедшие на пенсию из-за легочных заболеваний; водолазы, погибшие во время аварий на нефтеочистительных заводах, взрывов танкеров с топливом на море и на дорогах. По всему миру погребальный колокол должен звонить о тысячах погибающих ежегодно. Добавим к этому загрязнение атмосферы и смерти, которые это загрязнение должно вызывать, особенно среди тех людей, жизнь которых уже находится под угрозой из-за заболеваний дыхательных путей. Репутация ископаемого топлива оказывается не такой уж чистой, не так ли?
В споре об атомных электростанциях теоретически наихудший случай аварии на станции приравнивается без учета факторов риска к авариям, связанным с добычей ископаемых видов топлива, которые общество вежливо признает. Риск очень мал (но все еще не равен нулю) для аварий на атомных электростанциях и велик для рабочих, занятых добычей и очисткой горючих ископаемых. Вопрос в действительности сводится к следующему: хотим ли мы, чтобы наше технологическое общество продолжало существовать - в этом случае программы строительства атомных электростанций должны быть ускорены, а людям придется смириться с риском,- или же общество должно перейти к такому образу жизни, при котором потребляется энергии значительно меньше,-со значительным уменьшением материальных благ и ухудшением медицинского обслуживания, следовательно, и с более низким уровнем жизни и выживаемости? Думается, что большинство людей, припертые к стенке, скорее предпочтут смириться с ядерной станцией, чем жить в эксцентричной деревенской бедности.
Несомненно, к любой ядерной программе желательно приступать очень осторожно; к счастью, существует способ отсрочить тяжелые решения и, возможно, справиться с проблемой при минимальной зависимости от ядерной энергии. Время может быть выиграно за счет значительно более разумного использования энергии, текущей бесплатно от Солнца. Когда Солнце находится прямо над головой, каждый квадратный метр поверхности Земли получает более киловатта энергии. Это количество оказывается несколько меньшим для реального случая, когда Солнце освещает поверхность Земли под углом, но тем не менее оно порядка 1 кВт на 1 кв. метр. Площадь крыши даже небольшого дома в течение одного солнечного дня получает около 1000 кВт-час солнечной энергии. Для обычного дома три солнечных дня в течение летних месяцев дадут больше энергии, чем необходимо для покрытия всего нашего годового расхода электроэнергии на освещение и бытовые надобности. В течение следующих десяти дней солнечного неба крыша поглотит столько же энергии, сколько водонагреватель потребляет за весь зимний отопительный сезон. Роль солнечной энергии в качестве заменителя кое-каких из существующих источников очень важна уже сейчас.
Необходимо различать два способа использования солнечной энергии. Во-первых, это схемы, в которых используется нагрев Солнцем; во-вторых, генерация электричества непосредственно за счет солнечного света. Основные принципы солнечного нагрева достаточно просты: поглотить и сохранить тепло Солнца, когда Солнце светит, а затем использовать его для нагрева. Существует много способов реализации этого принципа. В самом доме расход энергии на нагрев используемой в домашнем хозяйстве горячей воды может быть уменьшен, если вода, поступающая в основной резервуар, предварительно нагрета, так что газ или электричество потребуются лишь для дополнительного нагрева. Удобный путь для предварительного нагрева - непрерывная принудительная циркуляция воды через помещенную на крыше черную панель радиатора, откуда вода затем поступает в накопительный расширитель в верхней части отопительной системы. В Англии простая система, вроде этой, обеспечит вас летом почти бесплатно достаточным количеством горячей воды. Конечно, для того чтобы предотвратить перегрев всей системы в особенно жаркий день, необходимы электронные контрольные устройства. В течение остальной части года, за исключением, возможно, середины зимы, будет генерироваться некоторое количество полезного тепла.
В настоящее время нагревать весь дом одним лишь Солнцем очень дорого, поскольку дома, использующие солнечную энергию, пока еще являются экспериментальными. Дорогие экспериментальные схемы не выдерживают пока конкуренции с более дешевой энергией. Эта ситуация будет постепенно меняться, когда стоимость ископаемых видов топлива будет расти. Обнадеживающим признаком в Европе и Северной Америке является гораздо большее понимание архитекторами, проектировщиками и теми, кто эксплуатирует здания, выгоды толстой тепловой изоляции и тщательного выбора местоположения окон, чтобы они не мешали проникать в здание солнечным лучам зимой. Дом, в котором основные жилые комнаты смотрят на юг, будет дешевле обогревать зимой, чем тот, окна которых смотрят на север. В жарком климате, скажем на юге США или на севере Австралии, справедливы противоположные соображения: окна необходимо помещать на северную сторону в США и южную сторону в Австралии, чтобы уменьшить стоимость охлаждения летом. Во многих странах уже построены экспериментальные дома для оценки того, чего можно достичь на практике. В данный момент такой дом, вероятно, стоит в два или три раза дороже обычного дома. Если разница в стоимости снизится до 10 или 20 % сверх обычной стоимости, то такие дома будут хорошей покупкой. Большие возможности заложены и в более разумном понимании воздействия Солнца на здания. Например, окрашенные стекла теперь являются стандартными в больших конторских зданиях отчасти потому, что они уменьшают стоимость охлаждения в солнечную погоду. Солнечный нагрев применяют также и при организации досуга. Плавательные бассейны на открытом воздухе можно покрывать касающейся воды полимерной пленкой, что уменьшает испарение, основную причину охлаждения, и, следовательно, повышает температуру бассейна.
Большое значение будет иметь получение электричества из солнечной энергии в пустынях, где постоянная солнечная погода является нормой. Если удастся добиться, чтобы процесс получения электроэнергии был достаточно дешев, это упростит решение основной проблемы, связанной с использованием солнечной энергии: вам не нужно много энергии в пустынях, где живет мало людей; в то же время большое количество энергии необходимо в больших городах, расположенных в облачных умеренных зонах (Нью-Йорк, Лондон, Москва); эта энергия легче всего может быть получена в виде электроэнергии, генерированной в пустынях. Например, полную потребность в энергии США можно удовлетворить с помощью собирающих солнечное излучение зеркал - коллекторов, покрывающих одну десятую часть штата Аризона и имеющих коэффициент полезного действия, равный лишь 10 процентам. В Нью-Мексико большая экспериментальная установка уже генерирует энергию, концентрируя солнечные лучи на специальный котел. Пар высокого давления, образующийся в этом котле, может быть использован для приведения в действие генератора точно таким же способом, как и на электростанциях, работающих на обычном ископаемом топливе.
В Альбукерке (Нью-Мексико) в лаборатории фирмы "Сандиа" построена экспериментальная установка для испытаний устройств, предназначенных для получения электричества из солнечной энергии. Коллектор собирает на приемник 5 мегаватт солнечной тепловой энергии. Вещество, переносящее энергию (скажем, вода), циркулирует в приемнике, где при температуре, равной почти 1000 °С, превращается в пар высокого давления, который может быть использован для приведения в действие генератора паровой турбины. В Барстоу (Калифорния) должна быть построена установка, дающая 10 мегаватт. Возможно, это лишь первая из нескольких таких установок.
Никакое зеркало-коллектор на Земле не сможет поставлять солнечную энергию ночью. Чтобы обойти эту трудность, существуют честолюбивые проекты, предлагающие построить огромные солнечные зеркала-коллекторы, которые двигались бы в космическом пространстве по орбите вокруг Земли. Они, вероятно, должны передавать энергию на Землю в виде микроволн. Наземные станции будут настраиваться на это мощное электромагнитное излучение и превращать его в обычный ток. Предварительные исследования показывают, что такие электростанции на орбите Земли не столь уж недопустимо дороги по сравнению со стоимостью той энергии, которую они дадут. Конструкция должна включать в себя технику, уже испытанную в космосе во время экспериментов значительно меньшего масштаба. Что касается солнечных энергетических станций в космосе, следует упомянуть, что они в принципе могут стать обильным источником энергоснабжения. Но чтобы этого достичь, требуются огромные капиталовложения и использование передовой технологии. Это иллюстрирует то общее положение, согласно которому прогрессивная технология обеспечивает лучшее снабжение энергией, так как при этом изобретается и применяется новая техника. Нет никакой нехватки энергии как таковой, есть лишь нехватка определенных видов энергии. В более длительной перспективе было бы безрассудством, если бы легкодоступные ископаемые виды топлива иссякли до такой степени, что технология, необходимая для строительства ядерных электростанций или космических станций, просто не могла бы быть обеспечена страдающей от недостатка энергии экономикой. Результатом такой глупости была бы катастрофическая и необратимая гибель человечества. По этой причине источники энергии, нуждающиеся в прогрессивной технологии, должны быть введены в действие или широко распространены как можно скорее, прежде чем будет слишком поздно. Мы все более осознаем теперь, насколько наше сегодняшнее сложное общество зависит от источников энергоснабжения. Мы также знаем, что эти запасы энергии не бесконечны и что в ближайшем будущем они могут стать предметом политического вмешательства. В течение интервала времени значительно более короткого, чем период зарегистрированной истории человечества, должны произойти существенные изменения. Человек должен или научиться обходиться без энергии, и таким образом вернуться к полуживотному состоянию, или научиться покорять два фактически неограниченных источника энергоснабжения: внутриядерную энергию и энергию дневной звезды - нашего Солнца.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Зеленый покров Земли существует не только для того, чтобы радовать наш глаз. Растения выполняют благородную обязанность создания газа жизни - кислорода и получения органической пищи. "Выдыхают" кислород и водоросли океана. Растениям земли и океана для жизни и работы нужны не только солнечный свет и углекислый газ. Им необходимы еще минеральные соли, различные питательные вещества, обильное и бесперебойное поступление воды.
Сложный и долгий путь проходит свет в растениях, прежде чем в них образуются кислород и органические вещества. Ученые подсчитали, что даже самым буйно растущим тропическим растениям удается полезно использовать только 1,5% солнечного света. В среднем же для всей поверхности Земли эта цифра не превышает 0,1%. И тем не менее общее количество уловленной растениями солнечной энергии в несколько раз превосходит энергетические потребности человечества. При этом не следует забывать, что человечество тратит сейчас на свои нужды тоже солнечную энергию, превратившую растения миллионы лет назад в нефть, уголь и газ. Как говорил Климент Аркадьевич Тимирязев, тратит "консерв солнечных лучей".
Органических веществ, производимых сельскохозяйственными растениями, человечеству было бы вполне достаточно для получения продуктов питания. Для отопления всех домов на Земле в течение многих сотен лет хватило бы минерального топлива в подземных кладовых Земли. Солнце и природа Земли обеспечили человека всем необходимым для жизни. Непредусмотренным оказалось лишь одно - бурное развитие промышленности. Для электростанций, средств транспорта, работы фабрик и заводов "консервированной" энергии Солнца оказалось мало. Промышленные предприятия тратят столько энергии, что через одно-два столетия подземного топлива почти не останется.
Окружающая человека среда начинает получать все больше лишнего "незапланированного" природой тепла. Чем больше добывается и сжигается минерального топлива, тем сильнее нагревается атмосфера Земли, тем быстрее мы приближаемся к тому пределу, когда может наступить необратимое изменение климата, произойти опасное нарушение равновесия различных процессов в природе, в той природе, к которой так привык и приспособился человек.
При сжигании топлива образуется углекислый газ, поглощающий невидимые инфракрасные лучи, испускаемые Землей. Чем больше углекислого газа в атмосфере Земли, тем труднее Земле "сбросить" лишнее тепло, тем выше становится средняя температура Земли. Ученые, правда, считают, что частицы дыма, которые образуются при сжигании топлива, немного задержат горячие солнечные лучи на пути к Земле и это замедлит потепление климата, вызванное накоплением в атмосфере углекислого газа. Космонавты хорошо видят, пролетая над городами, большие темные облака "промышленного" тумана. И хотя мы теперь знаем, что туман, оказывается, бывает и полезным, лучше, если воздух над нами будет всегда чистым и прозрачным.
Здоровье человечества зависит не только от изобретения новых лекарств. В недалеком будущем необходимо решительно отказаться от традиционных путей получения энергии, от привычных котельных, тепловых электростанций и двигателей внутреннего сгорания. И если не будут созданы источники энергии, не загрязняющие атмосферу, людям придется забыть об автомашинах и пересесть на велосипеды...

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
Астрономия: Учеб. для 11 кл. сред. шк. - М.: Провсещение, 1990г.
Климишин И.А. Астрономия наших дней. - М.: "Наука"., 1976. - 453с.
Колтун М.М. Солнце и человечество: Научно-художественная литература. - М.: Дет. лит., 1981. - 127с., фотоил.
Космос: Сборник. Научно - популярная литература / Сост. Ю.И. Коптев и С. А. Никитин; Вступ. ст. академика Ю.А. Осипьяна; Оформл. и макет В. Итальянцева; Рис. Е. Азанова, Н. Котляровского, В. Цикоты. - Л. : Дет. лит., 1987. - 223 с., ил.
Русский перевод: Моффат Г. Возбуждение магнитного поля в проводящей среде: Пер. с англ. - M.: Мир, 1981.
Русский перевод: Солнечная и сол-нечно-земняя физика. Иллюстрированный словарь терминов: Пер. с англ./Под ред. А. Бруцека, Ш. Дюрана. - M.: Мир, 1980.
Томилин А.Н. Небо Земли. Очерки по истории астрономии / Научный редактор и автор предисловия доктор физико-математических наук К.Ф. Огородников. Рис. Т. Оболенской и Б. Стародубцева. Л., "Дет. лит.", 1974. - 334 с., ил.
Энциклопедический словарь юного астронома / Сост. Н. П. Ерпылев. - 2-е изд., перераб. и доп. - М. : Педагогика, 1986. - 336с., ил.

Работа на этой странице представлена для Вашего ознакомления в текстовом (сокращенном) виде. Для того, чтобы получить полностью оформленную работу в формате Word, со всеми сносками, таблицами, рисунками, графиками, приложениями и т.д., достаточно просто её СКАЧАТЬ.

Конспект занятия по дополнительному образованию

Тема: Природа – наш дом.

Солнце – источник жизни на Земле.

Цель : Обратить внимание детей на постоянное присутствие солнца (света, тепла) в повседневной жизни человека, формировать представления о солнце как источнике жизненно важной энергии

Оборудование: карандаши, бумага, карточки с заданиями.

Ход занятия.

Организационный момент

Я вам загадаю загадку.

Круглое и яркое,

Дарит всем тепло,

Встало утром рано,

По небу пошло.

Закатилось вечером

За леском.

Угадайте, дети,

Говорю о ком?

2. Объявление темы и цели занятия

Что вы знаете о Солнце? Верно, оно дает нам тепло и свет. В какое время суток мы можем увидеть Солнце? Правильно, днем, утром. В какое время года Солнце дольше всего бывает на небе? Молодцы! Весной, летом. А можно ли ночью увидеть Солнце? Нет. А что мы с вами можем увидеть на чистом вечернем небе в хорошую погоду? (Звезды, луну) Так что такое Солнце? Большая звезда, огромный раскаленный шар, который имеет очень высокую температуру и посылает во все стороны большое количе­ство тепла и света. Мы живем на Земле, на одной из планет Солнечной системы. Солнце постоянно вращается вокруг себя. Вокруг Солнца вращаются планеты. Они тоже огромные, но значительно меньше Солнца. Их всего девять, а еще в Солнечной системе есть астероиды (малые планеты), кометы, метеориты.

Каждая планета вращается вокруг Солнца по своей орбите (показывает на модели). Ближе всех к Солнцу расположен Меркурий, затем идут (по мере удаления от Солнца) Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун и Плутон.

3. Беседа по теории прошлого занятия

Давайте проверим, как вы запомнили тему прошлого занятия

Что относится к неживой природе?

Из чего состоит почва?

Какой вред может нанести почве человек?

Как мы можем определить какая почва?

4. Объяснение нового материала

Солнце - ближайшая к Земле звезда, все другие находятся от нас неизмеримо дальше. Солнце светит беловатым светом, но, проходя через атмосферу Земли, оно становится желтоватым.

Для Земли Солнце - мощный источник космической энергии. Оно дает свет и тепло, необходимые для растительного и животного мира, и формирует важнейшие свойства атмосферы Земли.

Солнце - центральное тело Солнечной системы - представляет собою горячий газовый шар. Оно в 750 раз превосходит по массе все остальные тела Солнечной системы вместе взятые. Именно поэтому всё в Солнечной системе можно приближенно считать вращающимся вокруг Солнца.

Смогли бы мы жить без Солнца? (ответы детей)

В каком произведении рассказывается про то, как плохо жить без солнышка? (К.Чуковский «Краденное солнце») Дети вспоминают эпизоды произведения.

Действительно Солнце необходимо для жизни всей планеты. В целом, Солнце определяет экологию планеты. Без него не было бы и воздуха, необходимого для жизни. Для нас, землян, важнейшая особенность Солнца в том, что около него возникла наша планета, и на ней появилась жизнь.

Как грустно бывает без солнышка! И как мы радуемся, когда оно, наконец, проглядывает из-за туч. Значение Солнца для жизни на Земле человек чувствовал уже в далекие времена. Древним людям оно представлялось могучим существом, от которого зависело все: не будь Солнца, не было бы ни растений, ни животных, ни человека. Наши предки славяне поклонялись богу Солнца, называли его Даждь-бог, или - Ярило. Князья, чтобы укрепить свою власть, чтобы возвеличить себя, старались внушить людям, что являются потомками бога Солнца. Различные верования, обряды, традиции, до сих пор сохранившиеся, связаны с древними представлениями о Солнце. Например, праздники масленицы (блин как образ Солнца), пасхи, когда с приходом весны обновляется природа. Много пословиц сложили о солнце. Какие вы знаете?

Солнце встает, так и день настает.

Солнце, как родная матушка, никогда не обидит.

Солнышко в мешок не поймаешь.

Современные ученые располагают большим количеством оборудования и знаний для всестороннего изучения Солнца. Сегодня наблюдения за солнцем и его съёмки проводят с аэростатов, спутников, ракет и космическим станций.

Задумывались ли вы когда-нибудь, каким образом различные представители царства животных удивительно точно определяют время и маршруты перелётов, обратную дорогу к дому, места нереста и т. д. Вы должны, кстати, хорошо знать, что «царство животных» - вполне научный термин. И насекомые, и птицы, и рыбы, и ящерицы, и тли - все они относятся к многочисленному царству животных, подразделяясь далее на типы, классы, отряды и семейства.

Животные определяют расстояние, место и время по солнцу, а также по луне и звёздам. Пчёлам, к примеру, солнце служит компасом в прямом смысле этого слова. Или взять морских черепах. Они откладывают яйца на узком участке побережья. Однако, выпущенные за десятки километров от берега, абсолютно точно двигаются к месту кладки при условии, что солнце не скрыто за тучами. Когда им показали солнце, отражённое в зеркале, они поплыли в обратном направлении. А вот рыжий лесной муравей, как обнаружили исследователи, ориентируется по луне.

Животные обладают способностью ориентироваться по электрическим и магнитным полям. Например, майские жуки ориентируются в направлении силовых линий магнитного поля земли. А пчёлам может позавидовать даже Гидрометцентр, поскольку они воспринимают изменение атмосферного потенциала, предшествующее изменению погоды. У многих животных хорошо развита способность ориентироваться по запаху. Ярким примером здесь могут служить собаки.

5. Практическая часть.

Игра «Солнечная карусель» (рисовать подарки солнцу)

Карточки с заданиями

Экскурсия на природу

6. Итог занятия.

Что нового для себя вы сегодня узнали сегодня на занятии?
– О чём сможете рассказать дома родителям?
– Что такое солнце?

Древние египтяне считали светила небес богами.

Одним из главнейших среди них был бог Солнца - великий Ра. Его изображали человеком с головой кобчика или в виде кружочка с расходящимися лучами. В знак того, что это божество дает людям и животным пищу, египтяне изображали рядом с ним плодоносные злаки, и, наконец, как бы желая сказать, что бог Солнца есть источник жизни, они рисовали около него два языка пламени.

Египтяне, жившие несколько тысяч лет тому назад, не знали ни химии, ни физики, - тогда таких наук еще не существовало. Но уже в те далекие времена люди догадывались, что Солнце является источником жизни.

В наши дни нетрудно доказать, что жизнь без Солнца невозможна и что вся энергия, которую тратят живые существа, проявляя жизнедеятельность, получена прямо или косвенно от Солнца.

Когда мы видим перед собой быстро текущую реку, то меньше всего в это время думаем о Солнце. А ведь именно оно подняло вверх пары воды, из которых образовались облака. Из облаков выпали дождь и снег. На холодных вершинах гор скопилось много снега и льда - возникли ледники. Эти ледники питают бесчисленные ручьи, а из ручьев составляются реки.

Когда ветряная мельница машет крыльями или по морю движется парусный корабль, то вращение крыльев мельницы и бег корабля зависят от ветра. Но не будь Солнца, не было бы и ветра: солнечные лучи нагревают атмосферу и перемещают слои воздуха, а это перемещение - движение воздуха - и есть ветер.

Мчится ли аэроплан, поднимаясь с земли выше облаков, - его движет энергия сгорающего в моторе бензина. Бензин извлекается из нефти. Нефть заключает в себе сложные вещества - остатки растений и животных, развившихся и выросших когда-то под влиянием солнечных лучей.

Катится ли длинный, тяжело нагруженный поезд - его тянет за собой паровоз, в топке которого горят дрова или каменный уголь. Но дерево выросло под действием солнечных лучей, а каменный уголь представляет собой остатки древних растений, обуглившихся без доступа воздуха среди пластов земли.

Энергия электрических машин, дающих ток, происходит от сгорания торфа, дров, каменного угля или нефти в топке электрической станции. Если же электрический ток получается от турбин гидростанции, вращающихся энергией падающей воды, то мы уже знаем, что движение воды есть результат действия Солнца. Поэтому, когда на вашем столе загорается электрическая лампа, она светит также, в сущности говоря, светом солнечного происхождения, освобождая плененную солнечную энергию.

И если бы Солнце вдруг погасло, то не было бы ни ветра, ни тумана, ни снега, температура упала бы так низко, что химические процессы были бы невозможны, и жизнь бы на Земле остановилась.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter .

VIII Конкурс исследовательских работ и проектов

младших школьников «Я познаю мир»

(в рамках Российской программы «Я – исследователь»)

Направление: астрономия

Название работы: «Солнце – источник жизни»

Место выполнения: МБОУ СОШ № 38, 2 класс,Владикавказ

Научный руководитель: Малышева Инна Николаевна, учитель начальных классов.

Владикавказ. 2014 г.

Оглавление

Введение

Глава I . Теоретическая часть

1.1. Название параграфа

1.2. Название параграфа

1.3. (и т.д.)

Глава II . Практическая часть

2 .1. Цель и задачи исследования

2.2. Условия и место проведения

исследования

2.3. и т.д.

Заключение

Библиографический список

Приложения

Введение

С неба смотрит Солнце

Миллионы лет.

Льет на Землю Солнце

И тепло и свет.

Отрывок стихотворения Д.Гулиа

Меня зовут Гусева Аида, мне 8 лет. Я ученица 2 «В» класса МБОУ СОШ № 38. Еще в первом классе на уроке окружающего мира учитель нам рассказывал о звездах, Луне и Солнце, и мне стало интересно, что такое Солнце, как оно появилось, сколько ему лет и как долго оно будет светить? И я решила заняться изучением Солнца.

Нас природа окружает

Много тайн она скрывает,

Чтобы тайны все узнать,

Надо думать, размышлять.

В своей исследовательской работе я попробую выяснить, что такое Солнце, как оно выглядит на самом деле, как оно далеко от нас, насколько важно для нашей жизни Солнце и сможем ли мы прожить без него?

Окружающий нас мир

Интересно познавать!

Его тайны и загадки

Мы готовы разгадать!

Актуальность выбранной темы:

Развивает познавательный интерес и умение наблюдать, анализировать, делать выводы.

Воспитывает интерес к окружающему нас миру.

Повышает уровень знаний в области науки и Космоса.

Объект данного исследования:

Космическое тело.

Предмет данного исследования:

Звезда Солнце.

Гипотеза данного исследования:

Мне кажется, что Солнце для нас – это источник жизни. Исследование этого небесного тела будет способствовать осознанию того, что Земля не может существовать без солнечного света и тепла.

Цель данного исследования:

Собрать информацию о Солнце.

Изучить литературу по данной теме.

Воспитать интерес к энциклопедической литературе.

Пополнить знания интересными сведениями о Космосе.

Изучить какую пользу приносит нам Солнце.

Раскрыть роль и значение Солнца для всего живого на Земле.

Задачи по реализации цели:

Получить знания о Солнце и Космосе.

Воспитать интерес к окружающему нас миру.

Развивать интерес изучать и знакомиться с тайнами Космоса.

Развивать воображение и наблюдательность.

Подобрать вопросы и загадки по данной теме.

Провести опрос учащихся нашего класса.

Развивать умение делать выводы.

Для проверки выдвинутой гипотезы и решения поставленных задач был разработан план выполнения исследования:

Посетить библиотеку.

Изучить различную литературу по исследуемому объекту.

Найти необходимый материал в интернете.

Посмотреть мультфильмы о Солнечной системе.

Подготовить методические пособия (стихи, песни, диафильмы, фотографии).

Выучить стихотворения.

Изготовить макет Солнца.

Обработать и систематизировать найденные материалы.

Провести опрос учащихся.

Создать слайды.

Провести презентацию исследовательской работы.

Что такое Солнце?

Солнце – монета – скупой проворчал.

Нет, сковородка! – обжора вскричал.

Нет, каравай, - хлебопек произнес.

Компас, - сказал убежденно матрос.

Солнце – звезда, - астроном объявил.

Доброе сердце, - мечтатель решил.

Аня Еськова

Так что же такое Солнце? Астроном правильно сказал, Солнце – это звезда. Если ночью мы посмотрим на небо, то мы увидим множество крохотных огоньков. Это все звезды, такие же, как наше Солнце, только они гораздо дальше находятся от Земли. Если мы будем рассматривать небо в бинокль, то сможем насчитать около 5000 тысяч звезд. Но астрономы полагают, что на самом деле звезд несколько триллионов. Дело в том, что некоторые звезды так далеко, что их свет не долетает до Земли. Днем звезды точно так же сверкают в небе, просто мы их не видим, потому что слишком светло.

ЗВЕЗДЫ

Что такое звезды?

Если спросят вас –

Отвечайте смело:

Раскаленный газ.

И еще добавьте,

Что притом всегда

Ядерный реактор –

Каждая звезда!

Римма Алдонина

Звезды – это огромные, светящиеся, огненные шары из газа. Они светятся потому, что в них горит газ. Температура звезд невероятно высокая и именно поэтому они способны освещать и обогревать планеты, которые вращаются вокруг них. Как и все звезды, Солнце представляет собой гигантский огненный шар. В центре Солнца температура составляет 15 миллионов градусов! А на поверхности Солнца – температура 6000 градусов. Солнце гораздо горячее любого огня, который можно зажечь на Земле. Внутри звезды один газ все время превращается в другой, именно поэтому Солнце непрерывно излучает свет. Из всех звезд солнце расположено ближе всех к Земле, поэтому мы видим его свет и ощущаем его тепло. Солнце – это звезда, дающая нам жизнь.

Ученые предполагают, что около пяти миллиардов лет назад Солнце возникло из гигантского холодного облака газа и пыли. Сначала образовалось облако, которое, сжимаясь, вращалось всё быстрее и быстрее. Вращаясь вокруг центра, газ и пыль постепенно соединялись за счет силы притяжения. Потом оно превратилось в диск. Почти всё вещество облака сгустилось в центре этого диска в большой шар. Давление и температура внутри этого шара достигли критических величин и началась термоядерная реакция. В результате в самом центре возникло Солнце. Наверное именно так это и произошло.

СОЛНЦЕ – ШАР ВЕЛИКАН

Солнце – звезда преогромнейший шар

Свет излучает, как будто пожар.

Я выяснила, что на Солнце очень жарко и, что само Солнце – это большая, просто огромная очень горячая звезда. Но, когда мы смотрим на Солнце, нам кажется, что оно размером как футбольный мяч. Но это потому, что оно от нас очень – очень далеко. Есть звезды во много раз больше и горячее Солнца, но они так далеко от Земли, что кажутся нам лишь маленькими точками на ночном небе.

На самом деле Солнце – очень огромное, что рядом с ним все земные предметы кажутся крошечными. Если Солнце сравнивать с футбольным мячом, то наша планета Земля рядом с ним будет величиной с горошину.

Размеры и масса Солнца огромны. Солнце по размеру больше Земли в 109 раз. Диаметр Солнца составляет почти 1,4 миллиона километров. Солнце может вместить в себя 1 330 000 таких планет, как Земля. Если бы было возможно положить Солнце на космические весы, оно весило бы более чем в 330 тысяч раз больше Земли.

Солнце – это огромный светящийся шар, состоящий из горячих газов. Этот шар состоит в основном из двух самых легких газов - на 90% из водорода и на 10% из гелия. Поверхность нашего светила напоминает суп, кипящий в глубокой кастрюле. Над поверхностью Солнца то и дело поднимаются огромные языки пламени – это выплескивается горячий газ. Такие языки пламени называют протуберанцами. Их температура достигает 20 тысяч градусов. Высота некоторых из них достигает десятки и даже сотни тысяч километров. Поверхность Солнца испускает огромное количество заряженных частиц – это атомных ядер и электронов. Ученые называют их поток солнечным ветром. Космическая станция SOHO обнаружила на Солнце ураганы, или торнадо, которые по размерам равны нашей планете. Горячий газ, наращивая скорость, движется по спирали в направлении от Солнца. Скорость ветра в этих ураганах очень велика. Солнечные торнадо способствуют возникновению солнечного ветра, который порождает на Земле такие явления как магнитные бури и полярные сияния. Энергия Солнца определяет и погоду на Земле – солнечное тепло вызывает движение воздуха (ветер), а также дождь, усиливая испарение.

ДАЛЕКО ЛИ ОТ НАС СОЛНЦЕ?

Ученые подсчитали, что от Земли до Солнца почти 150 миллионов километров. Если бы человек захотел дойти до Солнца, он бы не смог этого сделать. Ведь в Космосе нет никаких дорог – ни пешеходных, ни автомобильных.

Расстояние от нас до Солнца очень велико и человеку пришлось бы идти примерно четыре с половиной тысячи лет.

На экспрессе можно было бы преодолеть это расстояние примерно за 57 лет.

На автомобиле он смог бы доехать примерно за 200 лет.

А ведь человек в среднем живет около 70 лет. Ему бы просто не хватило жизни, чтобы добраться до Солнца.

Если добираться до Солнца на реактивном самолете, на это ушло бы почти 20 лет. На ракете космонавт смог бы долететь за несколько месяцев. Вот как далеко от нас Солнце.

Если Солнце так далеко – далеко от нас, тогда сколько же времени нужно солнечному лучу, чтобы добраться до Земли? Ученые подсчитали, что это огромное расстояние 150 миллионов километров, свет, который излучает Солнце, достигает Земли за 8 минут. В природе не существует большей скорости, чем скорость света.

БУДУЩЕЕ НАШЕГО СОЛНЦА

Наше Солнце светит вот уже почти пять миллиардов лет, расходуя свое «ядерное топливо» -водород. Очевидно, что как бы ни были велики его запасы, рано или поздно они будут исчерпаны. Когда же это произойдет, и что тогда случится с нашим светилом? Ученые предполагают, что Солнце будет обогревать нашу планету еще в течение пяти миллиардов лет, постепенно становясь все горячее и горячее. Когда ядро Солнца практически выгорит, огонь будет медленно пробираться наружу. Солнце, которое в течении многих миллиардов лет сохраняло примерно одинаковые размеры, станет в 3 раза больше, чем теперь. В конце концов Солнце остынет, превратившись в белый карлик. Угасание Солнца неизбежно, но нам оно пока не угрожает.

СОЛНЦЕ – ИСТОЧНИК ЖИЗНИ

Я, скажу вам, не тая –

Жить без Солнца нам нельзя.

Ольга Чусовитина

«Солнце посылает свое тепло и свет во все направления. До Земли доходит совсем немного, однако и этого вполне хватает, чтобы осветить и обогреть нашу планету. Не будь Солнца, на Земле царила бы кромешная тьма. А еще на нашей планете стало бы в сто раз холоднее, чем в Антарктиде» (Джон Фарндон «Детская энциклопедия Космоса» 2011 г.). А значит жизнь без Солнца - не возможна потому, что станет холодно и темно. И все живое погибнет на Земле.

Вспомним сказку Корнея Чуковского о том, как крокодил Солнце проглотил, и как плохо стало жить на Земле.

«Горе! Горе! Крокодил

Солнце в небе проглотил!»

Наступила темнота,

Не ходи за ворота:

Кто на улицу попал –

Заблудился и пропал.

Плачет серый воробей:

«Выйди, солнышко, скорей!

Нам без солнышка обидно –

В поле зернышка не видно!»

Плачут зайки

На лужайке:

Сбились, бедные, с пути,

Им до дому не дойти.

«Если бы Солнце внезапно погасло, то уже через несколько недель на Земле прекратилась бы любая форма жизни. Только Солнце может нагреть нашу планету настолько, чтобы температура поддерживалась на необходимом уровне, а вода океанов не превратилась бы в ледяной панцирь. Только под воздействием Солнца вода озер и морей может испаряться, а затем проливаться благодатным дождем на земную поверхность. Рост растений также возможен только благодаря солнечным лучам.» (Эрих Абельакер. Солнце. Энциклопедия.)

Солнце дает нам колоссальное количество энергии. Ученые предлагают множество вариантов использования энергии Солнца. Например, солнечные коллекторы на крышах домов могут обеспечивать жителей горячей водой, а солнечные Электростанции и солнечные батареи – давать нам экологически чистую электроэнергию. С помощью полученной тепловой энергии можно, например, вырабатывать пар, который приводит в действие турбины и генераторы, которые используют для получения электричества. В будущем большая часть общей потребности человечества в энергоресурсах может быть покрыта за счет энергии Солнца.

«К сожалению, пока даже самые современные технологии не позволяют людям в полной мере использовать даровую солнечную энергию в необходимых объемах. Пока лидерами ее потребления на нашей планете являются растения. Животные тоже не могут ее использовать для поддержания собственной жизни. Лежащий на пляже человек загорит, нагреется и проголодается. Он никогда не сможет жить только благодаря солнечной энергии, а растения обладают этой удивительной способностью благодаря особому веществу – хлорофиллу.» (Афонькин С.Ю. Космос. школьный путеводитель). С помощью солнечной энергии растения производят пищу для себя буквально из воздуха.

Жар, который пылает в растопленной дровами печке, - это тоже энергия Солнца, которую когда-то запасли деревья для своих нужд. Каменный уголь образовался из древних растений и его энергия также имеет «солнечное» происхождение. По мнению многих ученых, даже нефть и получаемый из нефти бензин, своим происхождением обязаны нашему Солнцу. И получается, что и автомобили двигает Солнце.

Со временем большинство домов будут строиться с крышами, способными накапливать солнечное излучение и превращать его в электрическую энергию. Человек научится подражать растениям и станет синтезировать продукты из воды и воздуха. Автомобилям и самолетам не нужен будет бензин, а компьютеры не придется втыкать в электрическую розетку. Время этих чудес настанет, когда человечество в полной мере научится пользоваться источником космической энергии – звездой по имени Солнце.

Значение Солнца для жизни на Земле человек чувствовал уже в далекие времена. Издавна у разных народов Солнце было объектом поклонения. Его считали самым могущественным божеством, от которого зависело все: не будь Солнца, не было бы ни растений, ни животных, ни человека. Тысячи лет назад люди видели, как и мы сегодня, что каждое утро Солнце восходит, проходит свой дневной путь по небу и заходят за горизонт. Но почему так происходит, они не знали. Вот и придумывали разные легенды. Недостаток точных знаний часто порождает легенды. Некоторые из них я хочу представить вашему вниманию.

Экспериментальная часть

Опыт №1

Мы провели опыт с комнатными растениями. Одно растение мы убрали в тёмное место, а другое оставалось на свету. Через некоторое время мы заметили, что растение, находящееся в темноте, завяло, сбросило листья. А второе продолжало расти, пустило побеги, набрало цвет.

Вывод:

Для того, чтобы растение росло, ему нужен солнечный свет.

Опыт №2

Мы взяли семена фасоли, разделили их на две равные части и положили их на влажную вату в стеклянные банки. Одну банку поставили в тёплое место, а другую – в холодильник. Семена в обеих банках регулярно смачивали водой. Через несколько дней семена из банки в тепле проросли, а в банке в холодильнике они остались без изменений.

Вывод:

Для того чтобы растение росло, ему необходимо тепло. А без тепла оно погибнет.

Из проделанной мною работы я сделала выводы:

1. 1. 1. 1. Солнце – стимулятор роста растений.

            Солнце даёт тепло и свет для жизни всего живого на Земле.

            Благодаря Солнцу – есть кислород на нашей планете.

заключение

Проводя исследования в рамках проекта по теме «Солнце – источник жизни», я научилась добывать информацию из разных источников. Удалось изготовить макет Солнца (это оказалось,очень увлекательным занятием). Я самостоятельно сделала фотографии Солнца. Выучила стихотворения. Посетила детскую библиотеку. Посмотрела познавательный мультфильм о Солнечной системе. Читала детскую энциклопедию Космоса, школьный путеводитель и другую литературу о Солнце. Провела опрос одноклассников. А также получила ответы на многие вопросы и сделала для себя выводы, что:

Солнце – имеет шарообразную форму

Солнце – выделяет свет и тепло

Солнце – это огромная звезда раскаленного газа

Солнце – определяет погоду на Земле

Солнце – это звезда, дающая нам жизнь

Солнце – это самая важная для нас звезда

ПУСТЬ ВСЕГДА БУДЕТ СОЛНЦЕ!

Эти слова – из песни, которую хорошо знают и взрослые и дети. Действительно, всем хочется, чтобы никогда не погасло Солнце, дающее нам тепло, свет и жизнь.

Исследовательская работа помогла мне раскрыть роль и значение Солнца для всего живого на Земле и убедиться в том, что Солнце – это главный источник жизни на Земле.

Объектом моего исследования было Солнце. Занимаясь проектом, я достигла цели, которую поставила перед собой. Обращаясь к различным источникам информации можно узнать много интересного об окружающем нас мире. Про Солнце можно говорить бесконечно. И я хочу продолжить знакомство с Солнечной системой и Космосом. А также узнать о других планетах и звездах.

Библиографический список

Джон Фарндон. Детская энциклопедия Космоса. М., «ЭКСМО», 2011г.

Левитан Е.П. «Малышам о звездах и планетах»

Чуковский К.И. «Краденое Солнце». М., « Алтей-Бук», 2012г.

Комаров В.Н. Приглашение к звездам. М. « Детская литература», 1985г.

Левитан Е.П. Сказочные приключения маленького астронома. М., « Детская литература», 1990г.

Афонькин С.Ю. Космос. Школьный путеводитель. СПб., « Балтийская книжная компания», 2013г.

Эрих Абельакер. Солнце. Энциклопедия. М., «Издательство Мир книги». 2009г.

Приложение

Опрос

Мы решили узнать, что знают о солнце мои ровесники. Я провела исследование методом опроса учеников в своем классе. Для этого мы с моим руководителем составили анкету, и я попросила ответить на заданные вопросы учащихся нашего класса. Потом мы обработали заполненные анкеты, и вот что у нас получилось:

Анкета

1.Что такое Солнце?

а) звезда – 80%

б) планета – 10%

в) небесное тело – 10%

2.Как вы думаете, вред или пользу приносит нам Солнце?

а) пользу – 90%

б) вред – 5%

в) затрудняюсь ответить – 5%

3.Какую пользу приносит Солнце?

(ваши варианты ответов)

а) тепло – 60% б) свет – 20% в) другие ответы – 10%

4.Как вы думаете, на каком расстоянии от нас находиться солнце?

(ваши варианты ответов)

а) очень большом – 90% б) не знаю – 5% в) другие ответы – 5%

По результатам опроса я выяснила, что большинство ребят (80%) знают, что Солнце – это звезда. Почти все ученики считают, что Солнце приносит пользу (тепло, свет и другое). 90% считают, что оно находится от нас на очень большом расстоянии.

Легенды о Солнце

Наши предки славяне поклонялись богу Солнца, называли его Дождь-бог, или Ярило. Князья, чтобы укрепить свою власть, чтобы возвеличить себя, старались внушить людям, что являются потомками бога Солнца. Различные верования, обряды, традиции, до сих пор сохранившиеся, связаны с древними представлениями о Солнце. Например, праздники масленицы (блин как образ Солнца), пасхи, когда с приходом весны обновляется природа.

Издревле люди селились вблизи воды. Большая река Нил играла важную роль в жизни древних египтян. От времени ее разлива зависело начало полевых работ, сроки уборки урожая, на лодках можно было перевезти груз. Люди представляли себе, что бог Солнца Ра плывет по небесной реке на своей золотой лодке. Ночью он по подземному Нилу перебирается на другой край неба, под землей побеждает злого бога тьмы, который коварно набрасывается на Ра, но бог Солнца каждый раз оказывается сильнее. Добро и свет побеждали.

По представлениям древних греков миром правили боги, жившие на горе Олимп. Лучезарный Гелиос был сыном Зевса - верховного бога. В переводе с греческого языка Гелиос означает Солнце. Греки изображали Гелиоса в золотом шлеме, на золотой колеснице с квадригой быстрых коней он каждое утро с восточного края неба отправлялся по хрустальному своду на запад. Закончив свой дневной путь, он из колесницы пересаживался в золотую лодку и переплывал на ней море к месту восхода. Так объясняли греки движение Солнца.

Древние люди все, что видели на небе, сравнивали с собой, с частями человеческого тела. Так, жители древней Африки считали, что Солнце - это человек, у которого светятся подмышки. Поднимет он руку - становится светло, наступает день, опускает руку, ложится спать - наступает ночь. Древние китайцы думали, что Вселенная - это тело великана, который рос почти 17 тыс. лет, до тех пор, пока небо не отделилось от Земли. И когда великан умер, его левый глаз стал Солнцем, правый - Луной, а голос - громом.

Древние австралийцы полагали, что Солнце - это прекрасная девушка, которая по дереву взобралась на небо! От ее красоты и доброты людям стало тепло и светло. Эти легенды могут кому-то показаться наивными, но в каждой из них имеется попытка объяснить загадочные явления природы. Но прошло еще очень много лет, прежде чем люди получили достоверные сведения о Солнце, звездах и планетах.

С древних времен люди поклонялись Солнцу, украшали одежду и посуду солнечными узорами, сочиняли пословицы, загадки, заклички. В его честь устраивали праздники.

Солнцу радуются и взрослые и дети. Теплое, ласковое солнышко дарит нам хорошее настроение.

Солнечные странички

Пословицы

На солнышко во все глаза не взглянешь.

Что мне золото – светило бы солнышко.

Солнышко низенько, так и вечер близенько.

Худо лето, когда солнца нету.

Солнышко садится – надо домой торопиться.

Где солнце пригреет, там и вода примелеет.

Кто от солнца убегает, тот всегда прозябает.

Зимой солнце, что мачеха: светит, да не греет.

Солнышко садится – лентяй веселится; солнышко всходит – лентяй с ума сходит.

При солнышке тепло, при матери добро.

Придет солнышко и к нашим окошечкам.

От солнца бегать - света не видать.

Солнышко на всех ровно светит.

Солнца не закроешь, а правду не скроешь.

Солнце встанет, так и утро настанет.

Солнце всходит - старым радость, а заходит - молодым сладость.

И сокол выше солнца не летает.

И красно солнышко на то такое солнце.

Закличка:

Солнышко – солнышко,

Выгляни в окошко!

Наши детки пляшут,

Солнышку машут,

Лепёшку валяют,

Тебя поджидают.

Во двор зовут,

Громко песни поют.

Загадки о Солнце.

До чего сияет ярко,

Щедро дарит всем подарки:

Теплоту, добро и свет

Миллионы долгих лет.

Утром выгляну в оконце,

В небе радостное…

Колокольчик синенький прозвенел букашке:

Ты скажи мне, милая, что там за ромашка

Выросла над облаком жёлтая такая,

Яркая, лучистая, очень уж большая?

Это, кроха, не цветок, - та в ответ смеется,

Это крупное светило под названьем…

Ты весь мир обогреваешь,

Ты усталости не знаешь,

Улыбаешься в оконце,

И зовут тебя все...

Без него плачемся,

А как появится,

От него прячемся.

Голубой платок, алый колобок,

По платку катается, людям улыбается.

Без него плачемся,

А как появится,

От него прячемся.

Что выше леса,

Краше света,

Без огня горит?

На улице рубашка,

В избе рукава.

Солнце. Источник жизни на Земле, центр и основа нашего мироздания, вечно пылающий в небе огненный шар божества. Как могли бы мы пройти мимо него и не написать каких-нибудь гадостей?

Гай Серегин

Что это вообще такое?

При всей нашей патриотичности, приходится признать, что звезда по имени Солнце - объект достаточно скромных масштабов по вселенским понятиям. Существуют звезды в 150 раз больше Солнца, которое весит всего-то 2x1027 тонн (хотя это ровно 99,8% веса всей нашей Солнечной системы, включая планеты, их спутники, астероиды и нас с тобой). С другой стороны, если бы у нас было крутое, самое тяжелое в мире солнце, то нам было бы негде жить, так как рядом с такими гигантами просто не образуются планеты: мешает чудовищная гравитация.

Как ты знаешь, мы непрестанно вертимся вокруг Солнца, но оно тоже не стоит на месте, а несется по кольцевой вокруг центра Млечного Пути, и как раз на данный момент оно решительно направляется из Рукава Ориона в Рукав Стрельца. В следующий раз, когда гаишник начнет спрашивать тебя, с какой скоростью ты двигался, сообщи ему, что вся наша планета вместе с Солнцем летит к чертям собачьим со скоростью 217 км в секунду, при этом вращаясь вокруг Солнца со скоростью 30 км в секунду, да еще и крутясь вокруг себя со скоростью 1000 км в час. Так что пусть он сам все это высчитывает.

Состоит Солнце преимущественно из водорода (примерно 73%) и гелия (примерно 25%), оставшиеся 2% приходятся на долю всякой мелочи типа хрома, никеля, железа, кальция, азота, серы, магния и т.д. Но водорода становится все меньше, так как внутри Солнца идет термоядерная реакция, превращающая его в гелий. При этом светило каждую секунду перерабатывает 4 миллиона тонн вещества, выделяя лучистую энергию. Мы называем ее солнечным светом и сушим под ней мокрое белье.

Так что пока у нас с Солнцем все обстоит хорошо. Но так, увы, будет не всегда.

Жизнь солнца

Примерно 4,59 миллиарда лет назад взорвалась одна сверхновая звезда или несколько сверхновых, расположенных по соседству.

Куча разлетевшейся от этого взрыва звездной пыли под действием сил гравитации сжалась в одну не самую большую, но симпатичную звезду, вокруг которой сформировалось еще несколько планет. Одна из планет оказалась столь удачно расположенной и ладно скроенной, что на ней даже зародилась жизнь.

Прошло 4,5 миллиарда лет. Солнце светит немножко ярче, чем вначале, и слегка уменьшилось в объеме. Жизнь на Земле начала интересоваться тем, долго ли еще эта халява продлится.

Прошло еще 3 миллиарда лет. Водород в ядре выгорает, оно становится меньше, зато внешняя оболочка Солнца расширяется. На Земле испаряется вся вода и выжигается атмосфера, а ее обитатели давно удрали в более дружелюбные уголки Вселенной.

Солнцу 8 миллиардов лет. Температура в его ядре достигла 100 миллионов градусов, из гелия начинает формироваться углерод и кислород, а само Солнце растет и превращается в красный гигант, края которого находятся там, где когда-то была планета Земля. Ее выжженные останки давно съедены раздувшимся Солнцем*.

« Люди, возможно, позволили бы этому произойти, но, к счастью, их цивилизация давно уступила место разумным бородавочникам. Они не дали голубой колыбели свинства погибнуть, телепортировав ее в спокойное место »

Еще через миллиард лет выгорающее ядро красного гиганта станет таким маленьким, что будет не в силах удерживать свою расползающуюся оболочку. Она оторвется и, остывая, превратится в планетарную туманность - облако красиво переливающегося газа. Солнце же будет висеть в пространстве маленьким белым карликом еще сотни миллиардов лет.

А потом атомы внут­ри бывшего Солнца замедлятся настолько, что оно совершенно остынет и превратится в черный карлик.

Боги солнца

Гелиос (Греция)

Греки, обитатели обильных дождями гор и рощ, не слишком почтительно относились к солнцу, прекрасно зная, что тучи и облака способны убрать его с небосклона в любой момент. Поэтому греческий Гелиос - это смиренный трудяга, которому некогда вмешиваться в инт­риги других богов: с утра он запрягает коней и весь день гонит их по небесному своду с востока на запад. Лишь один раз он позволил себе отдох­нуть, уступив просьбам своего сына Фаэтона. Гелиос отдал парнишке пылающую колесницу, и, как любой подросток, дорвавшийся до ключей от папиной машины, Фаэтон, вне себя от счастья, принялся рулить, не соблюдая никаких правил движения. Он не справился с управлением, подпалил небо, перепугал созвездия и чуть не сжег Землю, так что Зевсу даже пришлось прибить несчастного молнией, чтобы остановить мировой пожар. Сегодня некоторые популяризаторы от астрономии высказывают гипотезы, что гибель Фаэтона - дошедший до нас через тысячелетия рассказ о некоем космическом катаклизме. Например, о падении гигантского метеорита.

Тонатиу (Мексика)

Бог солнца Тонатиу, молодой краснокожий человек с рыжими волосами, управлял как мирозданием, так и другими богами, поддерживая в них силу и молодость. А для этого ему требовалась человеческая кровь. И жрецы Тонатиу ежедневно прокалывали себе иглами уши, кончик языка, пенис и подушечки пальцев, чтобы обмазать кровью его изображения. Но, конечно, на такой скромной диете Тонатиу бы долго не продержался. Поэтому по праздникам его досыта кормили военнопленными и преступниками, которых сотнями притаскивали к алтарю. Жрецы рассекали жертве грудь, вырывали сердце и поднимали над головой, демонстрируя солнцу, какую отличную штуку ему дарят.

Ярило (Славяне)

Современные гей-славяне и прочая вдохновенная национальным величием публика любит мероприятия в стиле «Вятичи празднуют день Ярилы - бога солнца». Однако вся прелесть заключается в том, что славянский языческий пантеон канул в веках, оставив катастрофически мало сведений о том, кто там обретался. Над созданием этих образов трудились в основном салонные литераторы - всякие Островские и Гильфердинги. Именно их стараниями воссозданы и во многом придуманы всевозможные былины и сказания. Нет никаких реальных древних источников, связывающих Ярилу (культ которого, вероятно, был распространен в Киеве) с солнцем. Островский, впервые присвоивший ему этот титул в своей «Снегурочке», вероятно, исходил из аналогии «ярый - яркий», не слишком задумавшись о том, что вообще-то основное значение этого слова было «сильный». Славянским богом, который, видимо, как-то был связан с солнцем, специалисты называют менее известного Даждьбога.

Ра (Египет)

У египтян, живших в местности, где солнце практически постоянно висит над головой, не скрываемое никакими облачками, и зорко следит за тем, как люди машут мотыгой, не было сомнений в том, что солнце - важнейшая штука мироздания, верховный бог и правитель всего и вся. Во всех регионах Египта поклонялись прежде всего солнцу, но под разными именами: Атум-Ра, Амон-Ра, Хнум-Ра. И даже солнцу не в антропоморфном виде, а в виде простого солнечного диска - Атону. Да и прочие боги Египта всячески примазывались к высшей власти, тоже наделяя себя солнечными титулами. Например, Гор также именовался иногда Гор-Ра. Ра в ладье плывет по небу, он вездесущ, всеведущ и всезнающ. Другие боги - лишь его дети. К людям он относится терпимо и наиболее приличных из них после смерти забирает к себе в перевернутый небесный мир.

Лечит и калечит

При всей любви к солнцу приходится признать, что оно хорошо все же в умеренных дозах. И ночные бледнокожие жители, выползающие на улицу лишь в час открытия ночных клубов, и завсегдатаи пляжей, любящие понежиться под солнышком в зените, одинаково рискуют обзавестись различными неприятными заболеваниями.

Много солнца

Меланома

Или рак кожи. Если тебе случалось загорать до ожогов, а когда-то маленькие родинки разрослись, увеличились, начали чесаться или поднимаются над кожей больше чем на 1 мм, есть смысл показать их врачу.

Преждевременное старение

Морщины и пигментные пятна, идущие мудрым старцам, глупо смотрятся на молодежи. Они говорят не о жизненном опыте, а о том, что не все умеют пользоваться солнцезащитными кремами.

Световая крапивница

На солнце у некоторых граждан может развиться аллергия, выражающаяся в зудящей красной сыпи по всему телу. Риск обзавестись такой оригинальной, но неудобной особенностью выше всего у активных любителей позагорать.

Солнечный удар

В отличие от теплового удара, солнечный можно схлопотать, даже не чувствуя, что тебе особо жарко. Нагрев головы прямыми лучами солнца вызывает расширение кровеносных сосудов мозга,что может привести к отеку мозга. Носи панамку.

Красная потница

Потовые железы испаряют пот, но от жары кровеносные сосуды расширяются, кожа отекает и часть желез оказывается зажатой и нефункционирующей. Невышедший пот скапливается под кожей в виде заполненных всякой дрянью пузырьков.

* Примечание Phacochoerus"a Фунтика: « Кстати, лучше сократить время своих солнечных ванн до 15-20 минут в день при следующих болезнях: варикоз, гипертония, диабет, туберкулез, болезни щитовидной железы, недостаточность кровообращения, неврастения. У их обладателей происходит ерунда с теплообменом, так что дополнительно его нагружать не стоит »

Коперник-плагиатор

Идея Коперника, что Земля вращается вокруг Солнца, а не наоборот, восприняли в XVI веке как опасную новинку. Однако это знание преподавалось еще древними индийцами за две тысячи лет до того, а древний грек Аристарх Самосский описал весьма точно устройство Солнечной системы.

Мало солнца

Рахит

Дефицитный витамин D, необходимый для строения тела, мы вырабатываем сами - под воздействием ультрафиолета. Дети подземелья рискуют вырасти кривоногими и хилыми, даже если кормить их на убой.

Остеопороз

Ломкость и хрупкость костей с последующим медленным их заживанием - это еще одно свидетельство того, что кто-то редко грел их на солнышке.

Депрессия

Но и взрослые люди активно реагируют на недостаток ультрафиолета: их дни становятся серыми, настроение пасмурным, а впереди у них - полный мрак. А все потому, что ультрафиолет участвует в превращении аминокислоты триптофан (мясо, арахис) в гормон радости серотонин. Нет света - нет радости.

Болезнь Паркинсона

Половое бессилие

Сдержанность многих народов Заполярья, у женщин которых по полгода может не быть менструации, а у мужчин - желания, вызывается отсутствием солнца во время полярной ночи.

Консервное хозяйство

Когда очередной пессимист начнет выклевывать твой мозг рассказами о том, как скоро человечество исчерпает запасы топлива и впадет в ничтожество, - укажи пальцем вверх. Там над нами болтается неисчерпаемый и неиссякаемый источник энергии, который ежесекундно растрачивает миллионы тонн топлива в никуда. Нам остается только придумать сачок побольше, которым можно было бы выгребать эту энергию, которую мы пока потребляем в виде консервов: нефти, угля и газа.

Солярные символы

С изобретением колеса стало понятно, как на самом деле работает солнце. Конечно же, это просто видимое нам сверкающее колесо огромной колесницы.

Солярная спираль

Такое изображение светила встречается и на древнегреческих амфорах, и на северорусских прялках. Символ подразумевает то, что солнце - это не просто круг, а круг вращающийся, живой и вечный.

Крест-дерево

Именно так, кривенько, но с любовью, изображали солнце древние племена от Африки до Приэльбрусья. Ветки дерева и оленьи рога символизировали одновременно идею вечной жизни и мужественности.

Солнечный круг, небо вокруг

Современный ребенок, если попросить его нарисовать солнышко, обычно старательно изображает круг с отделенными от него лучиками более-менее равной длины. На самом деле такой вариант солнечного символа - весьма современный, основанный на приблизительном представлении об устройстве солнца и усвоенный младенцами в основном из мультиков и детских книжек. В древности же люди воспринимали внешний вид солнца иначе.

Круг с лепестками

Наиболее близок к современному представлению о том, как правильно рисовать солнце. Изображение солнца-цветка - уже скорее дань любви к декоративности, чем желание привлечь магическим действием - рисованием - на свою сторону могучую силу светила.

Свастика или коловрат

Древний индийский символ солнца, изрядно испоганенный XX веком, имеет в своей основе игрушку-вертушку, которая при движении зрительно превращается в поблескивающий круг.

Сейчас вылетит вспышка

«Вспышки на Солнце образуются в группах темных пятен, там, где есть сильные магнитные поля разных полярностей, - рассказывает Игорь Федорович Никулин, старший научный сотрудник отдела физики Солнца Государственного астрономического института имени П.К. Штернберга. - Тесное соседство пятен с разными полярностями и есть сигнал того, что вскоре произойдет вспышка, то есть сильный выброс энергии. Мощные вспышки были уже не один раз, и воздействие на Землю зависит не только от мощности, но и от положения вспышки на Солнце. 4 нояб­ря 2003 года была зафиксирована самая большая вспышка за всю историю наблюдений. Но она произошла на западном лимбе Солнца, поэтому выброс прошел мимо Земли. Наиболее опасны в этом отношении всплески магнитной активности в центральной и западной части Солнца.

Если же солнечный шторм все-таки произойдет, как предсказывают американские ученые, то электричество не отключится. Сильно пострадать от этого явления могут только спутники. Но инженеры научились бороться с этим. Если на время бури спутник отключить, то потом, после включения, он сможет возобновить свою работу без повреждений».

С 28 августа по 2 сентября 1859 года произошла первая вспышка на Солнце, которую можно было наблюдать невооруженным глазом. В этот день отключились телеграфы в США и Европе, случились многочисленные пожары, а на Гавайях, в Мексике, Италии и на Кубе было замечено полярное сияние.

В 1956 году после одной из самых сильных вспышек полярное сияние можно было видеть даже над Черным морем.

13 марта 1989 года в Квебеке (Канада) во время магнитной бури отключилась электростанция, 6 миллионов людей осталось без света на 9 часов. Этот же шторм вызвал полярное сияние в Техасе.

В августе 1989 года магнитная буря повредила микрочипы и привела к зависанию компьютеров на бирже в Торонто. С тех пор компании заботятся о защите микрочипов от внешних воздействий.

Царь-солнце

Скарабей

Египтяне почитали это насекомое, потому что верили: шар он катает, подражая богу Ра в его работе, а посему Ра ему симпатизирует и не допустит, чтобы скарабея обижали всякие ноги в сандалиях.

В XIV веке до н. э. фараон Аменхотеп IV так мощно ощутил величие солнца, что принял имя Эхнатон («солнцеугодный»), практически запретил других богов и перетащил свою столицу из Фив в пустыню, создав там «город солнца» - Ахетатон, где срочно начал строить памятники, обелиски и храмы в честь светила. Каждое утро в пять часов Эхнатон вместе с женой Нефертити объезжал улицы строящегося города, демонстрируя, что солнце, полностью согласное с действиями фараона, сейчас взойдет и все будет замечательно. Весь остальной день фараона также был посвящен большей частью молитвам и сочинению хвалебных солнечных од. Войны он прекратил, экономику развалил, со всеми соседями перессорился - и все это ему было безразлично, так как Эхнатон свято верил, что он избранник Солнца и его возлюбленный сын. Лишь раз эта вера была поколеблена - когда умерла одна из его четырех маленьких и, видимо, очень любимых дочек. Фараон был изумлен и не мог понять, почему солнце пожелало так его наказать. В конце концов он решил, что все дело в неправильной жене, разъехался с Нефертити и принялся бодро рулить солнцем с новой супругой. После смерти Эхнатона народ Египта облегченно вздохнул, вернулся из хорошо прожаренной солнечной столицы в родные места и старательно забыл единобожный культ Атона.

Другие солнечные властители

Людовик, король-солнце

Луи XIV все-таки не был древним египтянином, поэтому ни на какие солнечные регалии не претендовал. Появилось же это прозвище после того, как король в 12 лет принял участие в придворном балете-аллегории, в котором исполнил роли Восходящего Солнца и солнечного бога Аполлона.

Акихито

Династия японских императоров, к которой принадлежит и современный правитель Акихито, считает своей прародительницей богиню солнца Аматэрасу - редкий случай, когда солнцем заведует божество женского пола.