Номер 2, страница 194 - гдз по физике 8 класс учебник Громов, Родина

Глава 4. Магнитные явления. Параграф 46. Постоянные магниты. Темы докладов - номер 2, страница 194.

Условие.

2. Полярное сияние.

Решение.

Полярное сияние, также известное как северное сияние (aurora borealis) в северном полушарии и южное сияние (aurora australis) в южном, — это уникальное природное явление, представляющее собой свечение верхних слоёв атмосферы планеты. Это явление возникает в результате взаимодействия заряженных частиц солнечного ветра с магнитосферой Земли.

Причина возникновения

Процесс возникновения полярного сияния можно разделить на несколько этапов:

1. Солнечный ветер: Источником явления является Солнце, которое постоянно испускает поток заряженных частиц (в основном протонов и электронов), называемый солнечным ветром. Во время солнечных вспышек и корональных выбросов массы этот поток становится особенно мощным.

2. Взаимодействие с магнитосферой: Приближаясь к Земле, солнечный ветер сталкивается с её магнитным полем — магнитосферой, которая защищает планету от вредного излучения. Большая часть частиц обтекает Землю, но некоторые из них захватываются магнитным полем.

3. Движение частиц вдоль силовых линий: Захваченные частицы начинают двигаться по спирали вдоль силовых линий магнитного поля Земли. На них действует сила Лоренца, которая заставляет их двигаться по винтовой траектории. Формула силы Лоренца: $ \vec{F} = q(\vec{E} + \vec{v} \times \vec{B}) $, где в условиях магнитосферы электрическим полем $ \vec{E} $ часто можно пренебречь, и основную роль играет магнитная составляющая $ \vec{F} = q(\vec{v} \times \vec{B}) $. Эта сила направляет частицы к магнитным полюсам Земли.

4. Столкновение с атмосферными газами: В районе полюсов, где силовые линии магнитного поля "входят" в Землю, заряженные частицы проникают в верхние слои атмосферы (ионосферу) на высотах от 80 до 600 км и сталкиваются с атомами и молекулами газов, в основном кислорода и азота.

5. Возбуждение и излучение света: В результате столкновений атомы и молекулы атмосферных газов получают избыточную энергию и переходят в возбуждённое состояние. Это состояние нестабильно, и через некоторое время (от долей секунды до нескольких минут) атом или молекула возвращается в своё обычное, стабильное состояние, излучая при этом избыток энергии в виде кванта света — фотона. Энергия фотона $\text{E}$ определяет цвет (длину волны $ \lambda $) свечения: $ E = h\nu = \frac{hc}{\lambda} $, где $\text{h}$ — постоянная Планка, $ \nu $ — частота излучения, $\text{c}$ — скорость света.

Цвета полярного сияния

Цвет полярного сияния зависит от нескольких факторов: типа газа, с которым сталкиваются частицы, и высоты, на которой происходит столкновение (поскольку состав и плотность атмосферы меняются с высотой).

• Зелёный: Самый распространенный цвет. Он возникает при столкновении заряженных частиц с атомами кислорода на высотах от 100 до 250 км. Длина волны этого излучения составляет 557,7 нм.

• Красный: Образуется также при взаимодействии с кислородом, но на больших высотах — свыше 250 км, где атмосфера более разрежена. Атомы кислорода в возбужденном состоянии здесь могут находиться дольше перед излучением фотона (с длиной волны 630 нм).

• Синий и фиолетовый: Эти цвета появляются в результате взаимодействия частиц с молекулами азота на высотах до 100 км. Часто их можно увидеть на нижнем крае сияния.

• Розовый и малиновый: Являются смесью красного и зелёного или красного и синего свечения и обычно видны на нижних кромках активных авроральных дуг.

Где и когда можно наблюдать

Полярные сияния наблюдаются в основном в высоких широтах обоих полушарий, в так называемых авроральных овалах — кольцевых зонах вокруг магнитных полюсов Земли. В северном полушарии это территории Скандинавии, Исландии, Гренландии, севера Канады, Аляски и северных регионов России. Наилучшее время для наблюдения — с сентября по март, в ясные и безлунные ночи, вдали от городских огней. Интенсивность и частота полярных сияний связаны с 11-летним циклом солнечной активности: во время максимума этого цикла сияния становятся более яркими и частыми, а их зона видимости может смещаться в более низкие широты.

Ответ:Полярное сияние — это свечение верхних слоёв атмосферы, вызванное столкновением заряженных частиц солнечного ветра (протонов и электронов) с атомами и молекулами атмосферных газов (в основном кислорода и азота). Эти частицы захватываются магнитным полем Земли и направляются к полюсам. При столкновении частицы передают энергию атомам газов, заставляя их переходить в возбуждённое состояние. Возвращаясь в стабильное состояние, атомы излучают свет. Цвет сияния зависит от типа газа и высоты столкновения: кислород на высоте 100-250 км даёт зелёный цвет, выше 250 км — красный, а азот на меньших высотах — синий и фиолетовый. Явление наблюдается в высоких широтах (авроральных овалах) и его интенсивность зависит от солнечной активности.