Развитие солнечных пятен

Тема: Строение и развитие Вселенной.

Цель: 1. Познакомиться с общей структурой строения и развития Вселенной.

2. Наблюдать солнечные пятна в телескоп планетария.

Теория.

Строение и развитие Вселенной.

1. На ранней стадии развития Вселенной не было ни звезд, ни планет, ни молекул, ни даже атомов. Приблизительно 10-15 млрд. лет назад мир представлял собой огромное облако высокотемпературной плазмы из ионизированного водорода и гелия с плотностью 10¹⁷ - 10¹⁸ кг/м³ (плотность ядер атомов). В 1948 г. была разработана теория первоначально очень горячей расширяющейся Вселенной. По этой теории, по мере расширения «огненного шара» его температура падала. При этом плазма находилась в равновесном состоянии со своим излучением. Это означало, что существовало динамическое равновесие между энергией излучения и энергией поглощения, т. е. вся энергия излучения плазмы ею же и поглощалась и за пределы этой плазмы не выходила. Такая космическая эра эволюции Вселенной называется фотонной с равновесным состоянием взаимного превращения частиц и квантов электромагнитного излучения.

2. Примерно через 3 млн. лет от начала эволюции температура плазмы понизилась до 4000К, а объём был примерно в 1000 раз меньше современного. поглощателъная способность плазмы оказалась меньше излучательной. и её излучение стало выходить за пределы объёма, занимаемого плазмой, оно не стало взаимодействовать с плазмой. В это время возникло реликтовое излучение, которое наблюдается и в настоящее время. Плазма довольно быстро становится нейтральным водородно-гелиевым атомарным газом; начался процесс образования атомов и формирования макротел. Так как современные размеры Вселенной в 1000 раз больше размеров Вселенной в конце фотонной эры, то температура отделившегося от вещества излучения должна уменьшиться тоже в 1000 раз, т. е. понизиться до 3 К.

в 1965 году бьло обнаружено изотропное фоновое излучение на длине волны 3,5 см, что соответствует излучению чёрного тела при температуре 3 К. Таким образом, фоновое излучение оказалось реликтовым, предсказанным теорией за 16 лет до открытия, что явилось самым убедительным доказательством правильности космологической модели горячей Вселенной. После фотонной эры сложились условия, при которых плазма довольно быстро становится нейтральным водородно - гелиевым атомарным газом. Этот газ, расширяясь, быстро охлаждается, гораздо быстрее, чем излучение. Когда размеры Вселенной увеличатся в несколько десятков раз после конца фотонной эры, а температура газа понизится до 5К, наступит следующий этап развития Вселенной. Первоначально почти вся газовая среда разобьётся на отдельные сгустки. Причиной этого в конечном итоге является гравитационное взаимодействие. Из этих сгустков, являющихся «протоскоплениями» галактик, путём дальнейшей фрагментации образовались меньшие сгустки. Каждый такой сгусток, характеризовавшийся определенной массой и вращательным моментом, постепенно эволюционировал в Галактику. После этого разделение Вселенной сводилось к разлёту галактик, т. е. к увеличению расстояний между ними, однако сами галактики практически не расширялись. Таким образом, галактики, а потом звёзды образовались на сравнительно позднем этапе эволюции Вселенной. На ранних этапах своей эволюции галактики были более активными, чем в настоящее время. Именно количество радиогалактик и квазаров в ту довольно отдалённую от нас эпоху было значительно больше, чем сейчас. Далеко не весь газ сконденсировался в галактики. Некоторая часть осталась в межгалактическом пространстве. Под действием ультрафиолетового и рентгеновского излучений звёзд и особенно ядер галактик газ нагревался. Температура межгалактического газа поднялась до многих десятков миллионов кельвин. Таким образом, ожидаемая довольно высокая температура межгалактического газа современной Вселенной есть результат его «разогрева». До образования галактик не было космического излучения и тяжёлых элементов. Постепенно Вселенная начала принимать те черты, которые мы наблюдаем сейчас. Она эволюционировала и эволюционирует; эволюционный процесс бесконечен и необратим.

Заключение.

Вопрос, что было до «начала» расширения Вселенной, остаётся пока открытым. В науке всегда существовала граница между познанным и непознанным, но каждый раз такая граница отодвигалась в глубь непознанного, а круг познанного расширялся и будет расширяться неограниченно. Уже теперь можно говорить о некоторых перспективах в расширении вопроса о «начале» расширения Вселенной.

Развитие солнечных пятен.

Пятна - непостоянные образования. Число и форма пятен на Солнце непрерывно меняются (рис. 1). Обычно солнечные пятна

появляются группами. Около края солнечного диска вокруг пятен видны светлые образования, почти незаметные, когда пятна близки к центру солнечного диска. Эти образования называются факелами. Они гораздо контрастнее и видны по всему диску, если Солнце фотографировать не в белом цвете, а в лучах, соответствующих спектральным линиям водорода, ионизированного кальция и других элементов. Такие фотографии называются спектрогелиограммами. По ним изучается структура более высоких слоев солнечной атмосферы и чаще всего хромосферы.

Количество активных областей и групп пятен на Солнце периодически меняется со временем в среднем в течение примерно 11 лет. Это явление называется циклом солнечной активности. В начале цикла пятен почти нет, затем их количество увеличивается сначала вдали от экватора, а потом всё ближе к нему. Через несколько лет наступает максимум количества пятен, или, как говорят, максимум солнечной активности, а после него происходит её спад.

Главной особенностью пятен, а так же факелов является присутствие магнитных полей. В пятнах индукция магнитного поля велика н достигает иногда 0,4 - 0,5 Тл, в факелах магнитное поле слабее.

Как правило, в группе пятен присутствуют два особенно крупных пятна - одно на западной, а другое - на восточной стороне группы, которые имеют противоположную магнитную полярность, подобно двум полюсам подковообразного магнита.

Магнитные поля играют очень важную роль в солнечной атмосфере, оказывая сильное влияние на движение плазмы, её плотность и температуру. В частности увеличение яркости фотосферы в факелах и значительное её уменьшение (до 10 раз) в области пятен вызваны соответственно усилением конвективных движений в слабом магнитном поле и сильным их ослаблением при большой индукции магнитного поля.

Чёрными пятна кажутся лишь по контрасту с более горячей и от того более яркой фотосферой. Температура пятен составляет около 3700 К, поэтому в спектре пятна есть полосы поглощения простейших двухатомных молекул: СО, НО, СН, СN и др., которые в более горячей фотосфере распадаются на атомы. на отдельные сгустки.