Номер 3, страница 122, часть 2 - гдз по физике 9 класс учебник Белага, Воронцова

Часть 2. Глава 9. Геометрическая оптика. Параграф 90. Лабораторные и исследовательские работы. Темы исследовательских и проектных работ - номер 3, страница 122.

Условие.

• Загадки полярного сияния.

Решение.

Загадка первая: природа явления.

Полярное сияние — это свечение верхних слоев атмосферы планеты, возникающее в результате взаимодействия ее магнитосферы с заряженными частицами солнечного ветра. Солнце постоянно испускает поток плазмы (ионов и электронов), называемый солнечным ветром. Когда этот поток достигает Земли, он сталкивается с ее магнитным полем (магнитосферой), которое защищает нас от большей части этих частиц. Однако часть частиц захватывается магнитным полем и направляется вдоль его силовых линий к магнитным полюсам. Влетая в верхние слои атмосферы (на высоте от 80 до 600 км и выше), эти частицы сталкиваются с атомами и молекулами газов, в основном кислорода и азота. При столкновении частицы передают газам свою энергию, переводя их в возбужденное состояние. Возвращаясь в свое обычное, стабильное состояние, атомы и молекулы газов излучают избыточную энергию в виде квантов света разной длины волны, что мы и наблюдаем как красочное сияние.
Ответ: Полярное сияние — это свечение атмосферных газов (кислорода и азота), возбужденных заряженными частицами солнечного ветра, которые направляются к полюсам магнитным полем Земли.

Загадка вторая: разнообразие цветов.

Цвет полярного сияния зависит от двух основных факторов: типа газа, с которым сталкиваются частицы солнечного ветра, и высоты, на которой происходит это столкновение.
• Зеленый цвет, самый распространенный, излучается атомами кислорода на высотах от 100 до 240 км.
• Красный цвет также излучается кислородом, но на больших высотах (свыше 240 км), где атмосфера сильно разрежена. В таких условиях у возбужденных атомов кислорода есть достаточно времени, чтобы излучить фотон красного света, что является более медленным процессом по сравнению с излучением зеленого.
• Синий и фиолетовый цвета появляются благодаря азоту. Ионизированные молекулы азота излучают синий свет, а нейтральные молекулы — фиолетовый и темно-красный. Эти цвета обычно видны на нижнем крае сияний, на высотах около 100 км.
Сочетание этих цветов и создает богатую палитру полярных сияний.
Ответ: Цвет сияния определяется типом возбужденного атмосферного газа (кислород дает зеленый и красный цвета, азот — синий и фиолетовый) и высотой взаимодействия частиц.

Загадка третья: расположение у полюсов.

Полярные сияния наблюдаются преимущественно в высоких широтах, в регионах, окружающих магнитные полюса Земли. Это связано с формой земного магнитного поля. Магнитное поле Земли похоже на поле гигантского стержневого магнита: силовые линии выходят из района южного магнитного полюса и входят в районе северного. Эти линии образуют защитный "кокон" вокруг планеты — магнитосферу. Заряженные частицы солнечного ветра не могут двигаться поперек силовых линий, поэтому они вынуждены двигаться по спирали вдоль них. В области полюсов силовые линии "входят" в атмосферу, образуя своего рода воронки. Именно через эти воронки захваченные частицы солнечного ветра проникают в верхние слои атмосферы и вызывают сияние. Область, где это происходит, называется авроральным овалом.
Ответ: Сияния видны у полюсов, потому что магнитное поле Земли имеет форму, которая направляет заряженные частицы солнечного ветра вдоль силовых линий именно в приполярные области, где эти линии входят в атмосферу.

Загадка четвертая: нерешенные тайны.

Хотя основной механизм возникновения полярных сияний хорошо изучен, многие детали остаются загадкой и предметом активных исследований.
• Механизмы ускорения частиц: До сих пор не до конца понятно, какие именно процессы в магнитосфере Земли ускоряют частицы до энергий, достаточных для вызова ярких сияний.
• Тонкая структура: Причины возникновения конкретных форм сияний — лучей, дуг, корон, занавесей — все еще изучаются. Почему они так быстро меняют свою форму и движутся?
• Новые типы сияний: Недавно с помощью гражданских ученых были открыты новые атмосферные явления, связанные с сияниями. Например, явление "СТИВ" (STEVE — Strong Thermal Emission Velocity Enhancement) — это фиолетово-зеленая полоса света в небе, которая не является классическим полярным сиянием и вызвана другими физическими процессами в ионосфере. Также были открыты сияния в форме "дюн", которые, предположительно, связаны с атмосферными гравитационными волнами. Изучение этих явлений помогает лучше понять сложную динамику верхней атмосферы.
Ответ: Современные загадки полярных сияний включают точные механизмы ускорения частиц, причины формирования сложных структур, а также природу недавно открытых явлений, таких как "СТИВ" и авроральные "дюны".