Задание 5, страница 188 - гдз по физике 10 класс учебник Закирова, Аширов

Задание 5

Рассмотрите рисунки 217 и 218. Укажите их сходства и различия.

На каких планетах Солнечной системы происходят полярные сияния? При каких условиях они наблюдаются?

Рис. 217. Полярное сияние на Земле. Фото из космоса

Рис. 218. Полярное сияние на Юпитере

Рассмотрите рисунки 217 и 218. Укажите их сходства и различия.

Анализ рисунков 217 (полярное сияние на Земле) и 218 (полярное сияние на Юпитере) позволяет выявить как сходства, так и различия.

Сходства:

1. Основное сходство заключается в самой природе явления: оба рисунка демонстрируют полярное сияние, то есть свечение верхних слоёв атмосферы планеты.

2. Местоположение: и на Земле, и на Юпитере сияния наблюдаются в приполярных широтах. Это связано с тем, что магнитосфера планеты направляет потоки заряженных частиц именно к магнитным полюсам.

3. Форма: в обоих случаях сияние имеет форму овального кольца, опоясывающего полярную шапку планеты.

Различия:

1. Цвет: Полярное сияние на Земле показано ярко-зелёным, что обусловлено возбуждением атомов кислорода в атмосфере. Сияние на Юпитере имеет сине-фиолетовый оттенок, характерный для свечения водорода, который является основным компонентом атмосферы Юпитера.

2. Масштаб и мощность: Хотя это и не очевидно из изображений, полярные сияния на Юпитере намного масштабнее и энергетически мощнее земных. Магнитное поле Юпитера в десятки раз сильнее земного, что позволяет ему захватывать больше заряженных частиц.

3. Фон: На рисунке 217 под сиянием можно разглядеть тёмные очертания материков и облачность Земли. На рисунке 218 фоном служат характерные для Юпитера оранжево-белые облачные пояса и, возможно, Большое красное пятно.

Ответ: Сходства заключаются в том, что это полярные сияния, имеющие форму колец и расположенные у полюсов планет. Различия состоят в цвете (зелёное на Земле, синее на Юпитере), масштабе и мощности (на Юпитере они гораздо больше), а также во внешнем виде самих планет на фоне сияний.

На каких планетах Солнечной системы происходят полярные сияния?

Полярные сияния — явление, свойственное не только Земле. Они могут возникать на любой планете, которая обладает двумя ключевыми компонентами: существенным магнитным полем и атмосферой. В Солнечной системе постоянные и мощные полярные сияния наблюдаются на следующих планетах:

1. Земля.

2. Газовые гиганты: Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. У всех этих планет есть мощные магнитные поля и плотные атмосферы.

Кроме того, более слабые и нерегулярные сияния были зафиксированы на Марсе. У Марса нет глобального магнитного поля, как у Земли, но существуют локальные области остаточной намагниченности в коре, которые могут вызывать локализованные сияния.

Ответ: Полярные сияния происходят на Земле, Юпитере, Сатурне, Уране и Нептуне. Также слабые сияния наблюдаются на Марсе.

При каких условиях они наблюдаются?

Для возникновения полярного сияния необходимо одновременное выполнение трёх фундаментальных условий:

1. Источник заряженных частиц. Главным таким источником является Солнце, которое непрерывно испускает поток плазмы (в основном протонов и электронов), называемый солнечным ветром. Для гигантских планет, таких как Юпитер, существуют и внутренние источники — например, вулканическая активность на его спутнике Ио поставляет в магнитосферу Юпитера ионы серы и кислорода.

2. Наличие у планеты магнитного поля (магнитосферы). Магнитное поле действует как ловушка для заряженных частиц солнечного ветра. Оно захватывает их и заставляет двигаться по спирали вдоль силовых линий магнитного поля по направлению к северному и южному магнитным полюсам планеты.

3. Наличие атмосферы. Когда заряженные частицы достигают полярных областей, они на большой скорости вторгаются в верхние слои атмосферы. Там они сталкиваются с атомами и молекулами атмосферных газов (на Земле — это в основном азот и кислород, на Юпитере и Сатурне — водород и гелий). В результате столкновений атомы и молекулы газа возбуждаются, то есть переходят в состояние с более высокой энергией. Возвращаясь обратно в свое нормальное, стабильное состояние, они излучают избыток энергии в виде фотонов света. Это свечение мы и наблюдаем как полярное сияние.

Ответ: Полярные сияния наблюдаются при наличии трёх условий: потока заряженных частиц от Солнца (солнечного ветра), магнитного поля у планеты, которое направляет эти частицы к полюсам, и атмосферы, при столкновении с которой частицы вызывают свечение её газов.