Курсовая работа: Влияние космических процессов и явлений на развитие Земли
3. Проанализировать взаимодействие Радиационного пояса Ван Алена и Земли;
4. Изучить воздействие гравитации на планету Земля;
5. Рассмотреть последствия воздействия малых космических тел;
6. Рассмотреть взаимодействие Солнца и Земли;
Объектом исследований являются космические процессы и явления.
Предмет исследования – воздействие космических процессов и явлений на развитие земли.
Информационной базой для написания работы являлись книги, сеть интернет, карты, СМИ. Я пользовался несколькими методами для написания курсовой работы: сравнительно-описательный, картографический, палеогеографический (историко-генетический), геофизический и математический.
Глава 1. Сведения о Земле
Земля является третьей, по порядку от Солнца, планетой Солнечной системы. Она обращается вокруг Солнца по близкой к круговой орбите на среднем расстоянии 149,6 млн. км. Обращение вокруг Солнца происходит против часовой стрелки. Средняя скорость движения Земли по орбите – 29, 765 км/с, период обращения составляет 365, 24 солнечных суток или 3,147* 107 с. Также Земля обладает вращением в прямом направлении, которое равно 23 ч 56 мин 4,1 с или 8,616* 104 с.
Фигура Земли – геоид, т.е. эквипотенциальная поверхность силы тяжести. Вне континентов геоид совпадает с невозмущённой поверхностью Мирового океана.
Масса Земли равна Mg= 5,977* 1027 г, средний радиус Rg=6371 км, площадь поверхности Земли S= 5,1* 1018 см2 , средняя плотность ρ= 5,52 г/см3 среднее ускорение силы тяжести на земной поверхности g= 9,81 Гал .[5]
1.1 Магнитосфера
Магнитосфера является одной из важнейших сфер Земли. Магнитные поля имеются почти у всех планет, за исключением Плутона и Луны, и Солнца. Магнитное поле Земли аппроксимилируется бесконечно малым диполем, ось которого располагается в 436 км от центра Земли в сторону Тихого океана и наклонена она на 12° по отношению к оси вращения Земли. Силовые линии магнитного поля выходят из Северного магнитного полюса в Южном полушарии и входят в Южный магнитный полюс, находящийся в северном полушарии. Магнитные полюса постоянно блуждают, подвергаясь воздействию мировых магнитных аномалий.
Происхождение магнитного поля связывают с взаимодействием твёрдого внутреннего ядра, жидкого внешнего и твёрдого монолита, образующих подобие магнитного гидро-динамо. Источники главного геомагнитного поля, как и его вариации, на 95 % связаны с внутренним полем и только 1% приходится на долю внешнего поля, которое испытывает непрерывные быстрые изменения.
Магнитосфера имеет ассиметричное строение – уменьшается в размерах со стороны Солнца примерно до 10 земных радиусов и увеличиваясь до 100 с другой стороны. Это связано с динамическим напором – ударной волной – солнечного ветра частиц (Ʋ=500км/с). Если этот напор возрастает, приобретая форму параболоида, то магнитосфера с солнечной стороны сплющивается сильнее. Напор ослабевает и магнитосфера расширяется. Солнечная плазма обтекает магнитосферу, внешняя граница которой – магнитопауза – расположена так, чтобы то давление, которое оказывает на магнитосферу солнечный ветер, уравновешивалось внутренним магнитным давлением.
Когда магнитосфера сжимается в результате давления солнечного ветра, в ней возней возникает кольцевой ток, который создаёт уже своё магнитное поле, сливающееся с основным магнитным полем, как бы помогая последнему справляться с давлением, а напряжённость магнитного поля на поверхности Земли возрастает – это уверенно регистрируется.[2]
Магнитное поле редко бывает спокойным – напряжённость его резко возрастает, затем оно понижается и возвращается к нормальному значению. Сильные магнитные бури вызываются мощными хромосферными вспышками, когда частицы летят со скоростью до 1000 км/с и тогда также возмущается ионосфера. Через 8 минут после вспышек может прекращаться вся коротковолновая связь, так как рентгеновское излучение сильно возрастает, слой D˝ в ионосфере быстрее ионизируется и поглощает радиоволны. Через некоторое время слой F2 разрушается, и максимум ионизации смещается вверх (см. приложение 2).[2]
В целом можно заметить, что ионосфера и магнитосфера – единое целое и при этом суточное вращение Земли заставляет их тоже вращаться и только выше 30 тысяч км плазма уже не реагирует на вращение Земли. С помощью космических аппаратов была определена граница магнитосферы.
1.2 Радиационные поясаЗемли
Внутренние области земной магнитосферы, в которых магнитное поле Земли удерживает заряженные частицы (протоны,электроны, альфа-частицы), обладающие кинетической энергией от десятковКэвдо сотенМэв. Выходу заряженных частиц из Р. п. З. мешает особая конфигурация силовых линий геомагнитного поля, создающего для заряженных частиц магнитную ловушку. Захваченные в магнитную ловушку Земли, частицы, под действием силы Лоренца,совершают сложное движение, которое можно представить, как колебательное движение по спиральной траектории, вдоль силовой линии магнитного поля из Северного полушария в Южное и обратно, с одновременным более медленным перемещением (долготным дрейфом) вокруг Земли. Когда частица движется по спирали в сторону увеличения магнитного поля (приближаясь к Земле), радиус спирали и её шаг уменьшаются. Вектор скорости частицы, оставаясь неизменным по величине, приближается к плоскости, перпендикулярной направлению поля. Наконец, в некоторой точке (её называют зеркальной) происходит «отражение» частицы. Она начинает двигаться в обратном направлении — к сопряжённой зеркальной точке в др. полушарии. Одно колебание вдоль силовой линии из Северного полушария в Южное протон с энергией ~ 100Мэвсовершает за время ~ 0,3сек.Время нахождения («жизни») такого протона в геомагнитной ловушке может достигать 100 лет (~ 3×109 сек),за это время он может совершить до 1010 колебаний. В среднем захваченные частицы большой энергии совершают до нескольких сотен миллионов колебаний из одного полушария в другое. Долготный дрейф происходит со значительно меньшей скоростью. В зависимости от энергии частицы совершают полный оборот вокруг Земли за время от нескольких минут до суток.
Положительные ионы дрейфуют в западном направлении, а электроны — в восточном. Движение частицы по спирали вокруг силовой линии магнитного поля можно представить как, состоящее из вращения около т.н. мгновенного центра вращения и поступательного перемещения этого центра вдоль силовой линии.
При движении заряженной частицы в магнитном поле Земли её мгновенный центр вращения находится на одной и той же поверхности, получившей название магнитной оболочки. Магнитную оболочку характеризуют параметромL, его численное значение в случае дипольного поля равно расстоянию, выраженному в радиусах Земли, на которое отходит магнитная оболочка (в экваториальной плоскости диполя) от центра диполя. Для реального магнитного поля Земли параметрLприближённо сохраняет такой же простой смысл.
Энергия частиц связана со значением параметра L; на оболочках с меньшими значениямиLнаходятся частицы, обладающие большими энергиями. Это объясняется тем, что частицы высоких энергий могут быть удержаны лишь сильным магнитным полем, т. е. во внутренних областях магнитосферы.
Обычно выделяют внутренний и внешний Р. п. 3., пояс протонов малых энергий (пояс кольцевого тока) и зону квазизахвата частиц, или авроральной радиации (по лат. названию полярных сияний). Внутренний радиационный пояс характеризуется наличием протонов высоких энергий (от 20 до 800Мэв) с максимумом плотности потока протонов с энергиейEp >20 Мэв до 104 протон/(см2 ×сек×стер) на расстоянииL~ 1,5. Во внутреннем поясе присутствуют также электроны с энергиями от 20—40кэвдо 1Мэв; плотность потока электронов с Ee ³40Кэвсоставляет в максимуме приблизительно
106 —107 электрон/(см2 ×сек×стер). Внутренний пояс расположен вокруг Земли в экваториальных широтах.
С внешней стороны этот пояс ограничен магнитной оболочкой сL~ 2, которая пересекается с поверхностью Земли на геомагнитных широтах ~ 45°. Ближе всего к поверхности Земли (на высоты до 200—300км) внутренний пояс подходит вблизи Бразильской магнитной аномалии, где магнитное поле сильно ослаблено; над географическим экватором нижняя граница внутреннего пояса отстоит от Земли на 600кмнад Америкой и до 1600кмнад Австралией. На нижней границе внутреннего пояса частицы, испытывая частые столкновения с атомами и молекулами атмосферных газов, теряют свою энергию, рассеиваются и «поглощаются» атмосферой (см. приложение 3).
Внешний Радиационный пояс Земли заключён между магнитными оболочками cL~ 3 иL~ 6 с максимальной плотностью потока частиц наL~ 4,5. Для внешнего пояса характерны электроны с энергиями 40—100кэв,поток которых в максимуме достигает 106 —107 электрон/(см2 ×сек×стер). Среднее время «жизни» частиц внешнего Р. п. З. составляет 105 —107 сек.В периоды повышенной солнечной активности во внешнем поясе присутствуют также электроны больших энергий (до 1Мэви выше).
Пояс протонов малых энергий (Ep ~ 0,03—10Мэв) простирается отL~ 1,5 доL~ 7—8. Зона квазизахвата, или авроральной радиации, расположена за внешним поясом, она имеет сложную пространственную структуру, обусловленную деформацией магнитосферысолнечным ветром(потоком заряженных частиц от Солнца). Основной составляющей частиц зоны квазизахвата являются электроны и протоны с энергиямиE< 100кэв.
Внешний пояс и пояс протонов малых энергий ближе всего (до высоты 200—300км) подходит к Земле на широтах 50—60°. На широты выше 60° проецируется зона квазизахвата. Она совпадает с областью максимальной частоты появленияполярных сияний.В некоторые периоды отмечается существование узких частиц Р. п. З. описываются поясов электронов высоких энергий (Ee ~ 5Мэв) на магнитных оболочках сL~ 2,5—3,0.