Занятие после урока Северное сияние над Спасс-Виталием 17 марта 2015

Внеклассное занятие по физике в 10 классе «Северное сияние в

Ярославском районе» 2015 год

Мотивация занятия.

Учащиеся школы 17 марта наблюдали в небе необычное световое явление для нашей широты. Фотографии принесённые на урок заинтересовали ребят, возникли вопросы :Что и как происходит? Почему мы не видели их раньше?

Тип занятия- лекционный.

Оформление- фотографии учениковлово

Вступительное слово учителя

Северное сияние - одно из самых потрясающих по красоте и захватывающее дух зрелище. Описать это явление трудно словами, настолько оно разнообразно, необычно и волшебно. С ним связано множество мифов и легенд....
А кто его включает? ..В одной легенде говориться о лебединой стае, которая улетела слишком далеко на север и застряла во льдах. Когда лебеди взмахивают крыльями, пытаясь взлететь, на небе вспыхивают огни....
В морозном воздухе купаясь
И отражаясь на снегу
Цветная лента извиваясь
Сверкает разгоняя тьму.

Безбрежен океан огней
И на земле становиться светлей
И на душе как буд-то бы теплей... .

Под северным сиянием
Блестит, переливается
Алмазами и стразами
Холодный, синий снег... .
А ночь заиндевевшая
Из сказочной страны.
Под северным сиянием
Волшебная стоит.

Северное сияние происходит на Земле. Но вызвано оно процессами, происходящими на Солнце. Облако сверх горячего газа, окутывающее Солнце (солнечная корона) , постоянно выбрасывает в пространство во всех направлениях частицы и осколки атомов. Эти кусочки летят в космосе со скоростью 960 километров в секунду. Такие потоки называются солнечным ветром. Когда солнечный ветер достигает Земли, его частицы попадают в ее магнитное поле. Силовые линии этого магнитного поля проходят в космическом пространстве, и сходятся у Северного и Южного полюсов Земли.

1ученик
Атмосфера Земли состоит в основном из азота и кислорода. Когда электроны и протоны, выброшенные с Солнца, вторгаются в атмосферу, они неизбежно сталкиваются с молекулами этих газов. При столкновении некоторые из атомов теряют часть своих электронов, другие - получают дополнительную энергию. Когда атом возвращается в нормальное энергетическое состояние, он испускает световой фотон. Молекулы азота при столкновении обычно теряют электроны. При этом излучается синий и фиолетовый свет. Если же молекула азота без потери электрона, то происходит испускание лучей красной части спектра. Когда солнечный ветер сталкивается с молекулами кислорода, потери электронов никогда не происходит. Молекула испускает кванты зеленого и красного света. Заряженные частицы Солнца заставляют воздух земной атмосферы переливаться разными цветами это и есть северное сияние.

Земля - не единственная планета, где бывает северное сияние. На Юпитере небеса в районе Северного полюса полыхают еще грандиознее. (А вот интересно - бывают ли лужи на Юпитере? )

На Северном полюсе северное сияние бывает почти каждую ночь, в Скандинавии и Северной Америке - от 20 до 200 раз в году. Пять - десять раз в году северное сияние бывает на широтах Парижа и Лондона. Один раз северное сияние наблюдали даже в Мехико. (из инфо - )

2 ученик

Северное сияние - мистический, непредсказуемый и красивый феномен, внезапно появляющийся и точно также внезапно исчезающий. В этой статье, помимо захватывающих дух фотографий, Вы узнаете о том, что это за явление, познакомитесь с целым рядом интересных фактов, о которых наверняка даже и не подозревали. Мы даже углубимся в древнюю историю и фольклор различных народов, чтобы более детально узнать о происхождении северного сияния.

Северное сияние - это потрясающее по красоте, захватывающее дух зрелище. Оно может продолжаться от нескольких часов до нескольких суток.

Ответ на вопрос, что же это такое, первым нашел Михаил Ломоносов. Проведя бесчисленное количество опытов, он высказал предположение об электрической природе этого явления. Ученые, продолжившие изучение этого феномена, на основе опытов подтвердили правильность его гипотезы. Они заполняли полые трубки азотом, неоном, водородом, аргоном и другими разреженными газами, пропуская через них электрический ток. Каждый газ светился (люминесцировал) по-разному. Затем было установлено, что свечение разреженных газов происходит в верхней части атмосферы - ионосфере (на высоте от 80 до 1 000 км). Также была выявлена тесная связь с активностью деятельности Солнца. Когда на нем происходят взрывы, в ионосферу Земли устремляются заряженные частицы (корпускулы). Сталкиваясь с частицами разреженных газов, находящихся в ионосфере, они заставляют их светиться: чем активнее Солнце, тем Северное сияние охватывает большее пространство небесного свода. Особенно сильным это явление бывает в период максимума 11-летнего цикла солнечной активности.

3ученик

Итак, северное сияния возникают вследствие бомбардировки верхних слоёв атмосферы заряженными частицами, движущимися к Земле вдоль силовых линий геомагнитного поля из области околоземного космического пространства, называемой плазменным слоем. Проекция плазменного слоя вдоль геомагнитных силовых линий на земную атмосферу имеет форму колец, окружающих северный и южный магнитные полюса (авроральные овалы). Выявлением причин, приводящим к высыпаниям заряженных частиц из плазменного слоя, занимается космическая физика . Экспериментально установлено, что ключевую роль в стимулировании высыпаний играет ориентация межпланетного магнитного поля и величина давления плазмы солнечного ветра. В очень ограниченном участке верхней атмосферы сияния могут быть вызваны низкоэнергичными заряженными частицами солнечного ветра, попадающими в полярную ионосферу через северный и южный полярные каспы. В северном полушарии каспенные сияния можно наблюдать над Шпицбергеном в околополуденные часы. При столкновении энергичных частиц плазменного слоя с верхней атмосферой происходит возбуждение атомов и молекул газов, входящих в её состав. Излучение возбуждённых атомов в видимом диапазоне и наблюдается как полярное сияние. Спектры полярных сияний зависят от состава атмосфер планет: так, например, если для Земли наиболее яркими являются линии излучения возбуждённых кислорода и азота в видимом диапазоне, то для Юпитера - линии излучения водорода в ультрафиолете. Поскольку ионизация заряженными частицами происходит наиболее эффективно в конце пути частицы и плотность атмосферы падает с высотой в соответствии с барометрической формулой, то высота появлений полярных сияний достаточно сильно зависит от параметров атмосферы планеты, так, для Земли с её достаточно сложным составом атмосферы красное свечение кислорода наблюдается на высотах 200-400 км, а совместное свечение азота и кислорода - на высоте ~110 км. Кроме того, эти факторы обуславливают и форму полярных сияний - размытая верхняя и достаточно резкая нижняя границы.

Северное сияния наблюдаются преимущественно в высоких широтах обоих полушарий в овальных зонах-поясах, окружающих магнитные полюса Земли - авроральных овалах. Диаметр авроральных овалов составляет ~ 3000 км во время спокойного Солнца, на дневной стороне граница зоны отстоит от магнитного полюса на 10-16°, на ночной - 20-23°. Поскольку магнитные полюса Земли отстоят от географических на ~12°, полярные сияния наблюдаются в широтах 67-70°, однако во времена солнечной активности авроральный овал расширяется и полярные сияния могут наблюдаться в более низких широтах - на 20-25° южнее или севернее границ их обычного проявления. Северное сияния весной и осенью возникают заметно чаще, чем зимой и летом. Пик частотности приходится на периоды, ближайшие к весеннему и осеннему равноденствиям. Во время полярного сияния за короткое время выделяется огромное количество энергии (во время одного из зарегистрированных в 2007 году возмущений - 1?2 джоулей, примерно столько же, сколько во время землетрясения магнитудой 5,5. При наблюдении с поверхности Земли Полярное сияние проявляется в виде общего быстро меняющегося свечения неба или движущихся лучей, полос, корон, «занавесей». Длительность полярных сияний составляет от десятков минут до нескольких суток.

Магнитные поля планет-гигантов Солнечной системы значительно сильнее магнитного поля Земли, что обуславливает больший масштаб полярных сияний этих планет по сравнению с полярными сияниями Земли. Особенностью наблюдений с Земли (и вообще из внутренних областей Солнечной системы) планет-гигантов является то, что они обращены наблюдателю освещённой Солнцем стороной и в видимом диапазоне их полярные сияния теряются в отражённом солнечном свете. Однако благодаря высокому содержанию водорода в их атмосферах, излучению ионизированного водорода в ультрафиолетовом диапазоне и малому альбедо планет-гигантов в ультрафиолете, с помощью внеатмосферных телескопов (космический телескоп «Хаббл») получены достаточно чёткие изображения полярных сияний этих планет. Особенностью Юпитера является влияние его спутников на полярные сияния: в областях «проекций» пучков силовых линий магнитного поля на авроральный овал Юпитера наблюдаются яркие области полярного сияния, возбуждённые токами, вызванными движением спутников в его магнитосфере и выбросом ионизированного материала спутниками - последнее особенно сказывается в случае Ио с её вулканизмом. На изображении полярного сияния Юпитера, сделанного космическим телескопом «Хаббл» заметны такие проекции: Ио (пятно с «хвостом» вдоль левого лимба), Ганимеда (в центре) и Европы (чуть ниже и справа от следа Ганимеда).

В древние времена люди не понимали природу, поэтому с Северным сиянием связано множество мифов и поверий.

В древней норвежской мифологии часто упоминается мост Бифрост - горящая дрожащая арка, пересекающая небо, по которой боги могли спускаться с неба на землю. Не исключено, что прообразом для этого моста было полярное сияние. В некоторых преданиях лучи полярных сияний восприняты как огни, которые несут валькирии (дочери славного воина или конунга, которые реют на крылатом коне над полем битвы и выбирает наиболее храбрых воинов, чтобы забрать их после их смерти в небесный чертог Вальхаллу). Девы-воительницы изображаются в шлемах, со щитами и копьями; от блеска их доспехов, согласно поверьям, на небе возникает северное сияние.

В дополнение мосту Бифрост финская мифология ссылается на реку - Ружа - которая горит огнём, и означает границу между царствами живых и мертвых.

В норвежском фольклоре северное сияние описывалось как предвестник плохой погоды: предполагалось, что за яркими всполохами следуют снег и ветер. Другие норвежские народные легенды говорят, что северное сияние - это небесный танец душ умерших дев.

Эскимосы в зоне залива Гудзон в Северной Америке, как и в других местах, очень много знают о явлении северное сияния. Среди эскимосов распространён миф, что полярное сияние может быть вызвано свистом, в то время как хлопок в ладоши заставит его погаснуть. Другие мифы эскимосов говорят, что полярное сияние вызвано духами, играющими в небесный футбол черепом моржа.

Некоторые группы Эскимосов расценивают северное сияние как показатель хорошей погоды, которая будет принесена духами. Эскимосы в Пойт Барроу на Аляске видели в северное сиянии недоброжелательность, и брали с собой оружие для защиты, если необходимо было выходить наружу во время северное сияния. Также некоторые эскимосы говорят: "Тот, кто долго глядит на северное сияние, скоро сойдёт с ума!"

Некоторые племена североамериканских индейцев полагают, что северное сияние является светом фонарей, которые несут духи, ищущие души умерших охотников. Подобно эскимосам из Пойт Барроу, индейцы племени Лиса в Висконсине опасались полярного сияния, видя в нём привидений своих мертвых врагов. Другие племена ощущали северное сияние как свет огней, используемых всемогущими северными шаманами.

Северное сияние также вошло в фольклор австралийских аборигенов, которые видели в нем танец богов по небу.Северное сияние, весьма возможно, было источником Китайских легенд о драконах. Извивающиеся как змеи формы активных зон полярного сияния часто изображаются как небесные змеи в древних хрониках. Европейские легенды о драконах, также, могут иметь их происхождение в активности полярных сияний. Какая ирония, что в настоящее время многие исследователи-историки полагают, что легендарная битва святого покровителя англичан (Святого Георгия) была, скорее всего, с этим частым Шотландским явлением, полярным сиянием, а не с драконом!

В недалёком прошлом неправильные представления относительно причины полярного сияния все еще были обычны среди широкой публики. Например, многие люди на среднем западе Америки полагали, что полярное сияние является отражением солнечного света от полярного льда, упуская из виду бесконечную темноту зимних месяцев в Арктических широтах! Другое романтичное объяснение состояло в том, что свет полярного сияния является результатом столкновений айсбергов в полярных морях.

Самые впечатляющие Северное сияния появляются с цикличностью 11 лет и 22 года, зависит это от солнечной активности. Благодаря съемкам со спутника подтвердилась старая теория о том, что полярные сияния в северном и южном полушариях представляют собой почти зеркальные отражения друг друга - это кольца диаметром около 4 тысяч км вокруг каждого полюса. В Средние века, когда северный магнитный полюс располагался восточнее, полярное сияние часто было видно в Скандинавии, северной России и северном Китае. Тогдашние летописцы объясняли это тем, что это великаны сражаются в небе, или что с небес летят на землю сверкающие разноцветными огнями копья. Сейчас северное сияние часто можно наблюдать в Шотландии, особенно в апреле; около четырех раз в году появляется оно и на севере Флориды, но наиболее ясно его видно поблизости от магнитных полюсов: например, в Северной Канаде и на Впадине Росса в Антарктике. Одно из наиболее удобных мест - Северная Скандинавия; хорошо наблюдать полярное сияние на острове Шпицберген, севернее Норвегии. А южное полярное сияние лучше всего наблюдается на антарктическом континенте. Наблюдают за полярными сияниями и из космоса, где, помимо всего прочего, нет искажающего влияния нижних плотных слоев атмосферы. Наблюдения с пилотируемых космических кораблей и орбитальных станций дали богатый материал о пространственном расположении сияний, их изменении во времени и о многих особенностях этого явления. Более того, космические аппараты позволили выполнять измерения внутри полярного сияния. Таким способом можно наблюдать сияния и на дневной стороне Земли.

Можно с уверенностью сказать, что исследования последних десятилетий, включая изучение явления с искусственных спутников Земли и ракет и создание искусственных сияний, существенно обогатили наши знания о северных сияниях. Ясно, что не просто загадка северных сияний разгадана, но и накоплен большой фактический материал об окружающем нашу планету пространстве, состоянии межпланетной среды и солнечном излучении, включая потоки заряженных частиц. И тем не менее проблема северных сияний еще далека от своего решения. Действительно, мы знаем, что это свечение верхней атмосферы в высоких широтах северного и южного полушарий Земли, вызванное энергичными заряженными частицами, вторгающимися в земную магнитосферу на своем пути от Солнца. Известны и основные закономерности проявления северных сияний: их зависимость от высоты, географического положения, солнечной активности, возмущений магнитного поля Земли и т.д. И все же в настоящее время мы еще не можем не только описать количественно это явление, но даже предсказать заранее многие закономерности предстоящего северного сияния. Проблема северных сияний оказывается слишком сложной и многоплановой. Например, до сих пор неясна связь северных сияний с погодой. Северяне хорошо знают, что северные сияния чаще наблюдаются в морозные ночи. Объяснения этому пока нет. В то же время возникают неожиданные взаимосвязи, ждущие своих будущих исследователей, в достаточно необычных вопросах. Только ли страх перед непонятными впечатляющими явлениями природы лежит в основе этих суеверий? Сейчас хорошо известно, что солнечные ритмы с различными периодами (27 суток, 11 лет и т.д.) влияют на самые разные стороны жизни на Земле. Солнечные и магнитные бури (и связанные с ними северные сияния) могут вызывать рост различных заболеваний, в том числе заболеваний сердечно-сосудистой системы человека. С солнечными циклами связаны изменения климата на Земле, появление засух и наводнений, землетрясения и т.д. Все это заставляет еще раз серьезно задуматься над связью между северными сияниями и земными катаклизмами и бедами. Может быть, не так и глупы старые представления о такой связи? Северные сияния сигнализируют о месте и времени воздействия Космоса на земные процессы. Вызывающее их вторжение заряженных частиц влияет на многие стороны нашей жизни. Изменяется содержание озона и электрический потенциал ионосферы, нагрев ионосферной плазмы возбуждает волны в атмосфере. Все это сказывается на погоде. Из-за дополнительной ионизации в ионосфере начинают течь значительные электрические токи, магнитные поля которых искажают магнитное поле Земли, что прямо влияет на здоровье многих людей. Таким образом, через северные сияния и связанные с ними процессы Космос воздействует на окружающую нас природу и ее обитателей.

Итог занятия учащиеся предложили провести занятия в вечернее время- наблюдать звёздное небо через телескоп