Prostoeasypeasy

Солнечная активность

Астрономы объявили 2024 и 2025 годами повышенной солнечной активности, а это значит, что в нас ждет множество магнитных бурь и, конечно же, северных сияний. Солнце, как и мы, живет по графику, и у него есть свои циклы активности, которые длится по 11 лет. В эти циклы входят две фазы: минимум и максимум. Различить их визуально можно по количеству пятен на поверхности Солнца. В минимуме активность минимальна, и на поверхности Солнца почти нет пятен, а в максимуме активность увеличивается, и это проявляется множественными пятнами, вспышками и выбросами материи.

Сами солнечные пятна были замечены людьми уже в древние времена, а систематическое изучение началось в XVII веке, когда научному миру был представлен телескоп. В 1843 году Рудольф Вольф обнаружил 11-летний цикл солнечной активности. Он смог восстановить хронологию событий до середины XVIII века, а именно до 1749 года, и решил, что тогда и начался первый зарегистрированный цикл, получивший номер 1.

В местах скопления солнечных пятен происходят солнечные вспышки и корональные выбросы массы — выбросы вещества из звездной короны, то есть из внешней части атмосферы звезды. Во время таких выбросов в космос «выстреливается» миллиарды тонн солнечного вещества — плазмы (электрически заряженного газа, из которого эта самая корона и состоит).

Плазма, выброшенная из короны Солнца, образует солнечный ветер – так называются потоки плазмы, которые Солнце выбрасывает во все направления, в том числе в сторону Земли.

Потоки солнечного ветра запросто могли бы уничтожить всё живое на поверхности Земли, но этого еще не произошло, так как у нас есть свой козырь – магнитосфера. Эта область околоземного пространства, в которой сосредоточено магнитное поле Земли, простирается на расстояние 70–80 тыс. км в направлении на Солнце и на многие миллионы километров в противоположную сторону. Частицы солнечного ветра, главным образом протоны и электроны, захватываются магнитным полем Земли и увлекаются по винтовым траекториям вдоль силовых линий к Южному или Северному полюсу. Именно поэтому такое явление, как полярное сияние, возникает в определенных местах, а не по всей поверхности планеты.

Как возникает полярное сияние

«Примагниченные» потоки частиц сталкиваются с атомами атмосферного газа — атомами кислорода, азота и другими. В результате столкновений электроны атомов азота и кислорода на время переходят в «возбужденное» энергетическое состояние. После их возвращения в нормальное энергетическое состояние, некоторая часть высвобожденной энергии излучается в виде фотонов света с разной длиной волны. При столкновении атомы азота обычно теряют электроны, при этом излучается синий и фиолетовый свет. Если же молекула азота обошлась без потери электрона, происходит испускание лучей красной части спектра. Молекулы кислорода, при столкновении с солнечным ветром, обычно электроны не теряют (при высоких энергиях электроны все же могут быть ионизированы). Молекула возбуждается, а после испускает кванты зеленого и красного света. Все это происходит в верхних слоях атмосферы — на высотах от примерно 90 км до 150 км, но иногда с до 60 км, а в некоторых случаях поднимается до 1000 км и более.

От чего зависит цвет

Атмосфера Земли состоит примерно на 78% из азота, на 21% из кислорода, на 0,93% из аргона и на 0,04% из углекислого газа. Наш воздух также содержит следы неона, гелия, метана, криптона, озона и водорода. Цвет полярного сияния во многом определяется высотой его появления и атомами вещества из атмосферы, с которыми происходит столкновение.

Самый распространенный цвет полярного сияния — зеленый. Зеленые полярные сияния обычно возникают при столкновении заряженных частиц с молекулами кислорода высокой концентрации в атмосфере Земли на высотах от 100 до 300 километров. Мы также видим зеленые полярные сияния лучше, чем любой другой цвет, поскольку человеческий глаз наиболее чувствителен к зеленому цветовому спектру.

Красные полярные сияния сравнительно реже и обычно связаны с интенсивной солнечной активностью. Они возникают, когда солнечные частицы вступают в реакцию с кислородом на больших высотах, обычно примерно от 300 до 400 км.

Молекулы водорода и гелия могут создавать голубые и фиолетовые полярные сияния, но нашим глазам, как правило, трудно различить эти цвета на фоне ночного неба. Интенсивность солнечного ветра и его энергия оказывают существенное влияние на цвета полярного сияния. Чем выше энергия солнечных частиц, тем более ярким и разнообразным будет спектр цветов.

История изучения

В различных культурах древности полярное сияние естественно было обернуто различными мистическими толкованиями. Учитывая мистическую красоту этого природного явления, неудивительно, что полярное сияние вошло в мифологию и эпос у северных народов. Так, некоторые норвежские легенды утверждают, что полярное сияние — это танец душ дев, которые ушли из жизни. Финны и народы Северной Америки связывали это явление с духами из потустороннего мира.

Долгое время люди ломали голову над тем, почему возникает северное сияние. В XVIII веке английский мореплаватель Джеймс Кук был одним из первых, кто не только дал их описание в южном полушарии, но и обратил внимание на то, что полярные сияния появляются в высоких широтах обоих полушарий одновременно.

В то время высказывались различные гипотезы относительно природы полярного сияния, например, что оно вызвано гниением рыбы, которая выбрасывалась на побережье из морских глубин, или что северное сияние появляется, если некая «зодиакальная материя» проникает в верхние слои атмосферы.

Первым, кто смог расставить все точки над i, был выдающийся русский ученый Михаил Ломоносов. Путем научных экспериментов в лаборатории он воссоздал те процессы, которые происходят в атмосфере. Ученый выкачал из стеклянного шара воздух и пропускал через него разряды электричества. В нем возникали огни, которые напоминали те, которые появляются на небе. Также ученому удалось доказать, что полярное сияние вызывается электрическими разрядами в верхних слоях атмосферы.

Как поймать северное сияние?

Пришло время поговорить о том, как заполучить билет в первый ряд этого представления!

Наилучший период для наблюдения — это время с начала октября по апрель. Чтобы получить максимум от северного сияния, вам нужно:

1. Находиться в радиусе 2,5 тысячи км. от северного полюса. В России под это описание идеально подходит Кольский полуостров, Карелия, республика Коми, Якутия, Архангельск и Воркута.

2. Тепло одеться. Скорее всего, на улице холодно, если, конечно, вы не в Австралии или Новой Зеландии.

3. Взять с собой термос с чаем глинтвейном.

4. Выйти из дома поздно ночью. Лучшее время для наблюдений с 21:00 до 3:00.

5. Поехать загород. Выбирайте места вдали от крупных городов и источников света, чтобы улучшить видимость явления.

6. Восторгаться увиденным и пить чай глинтвейн из термоса 🍷

7. Бонусный уровень: делать снимки на фотоаппарат с долгой выдержкой и высокой светочувствительностью. Не забыть взять с собой много батареек, чтобы аппаратура не разрядилась в неподходящий момент.

Точно предсказать северное сияние почти невозможно, но есть специальные сайты с прогнозами, например Aurora Forecast и Aurora Hunters.

Заключение

Надеюсь, мой пост помог почерпнуть что-то новое или освежить уже известное.

Давайте еще раз вспомним, что у нас было в программе сегодня:

• Полярное сияние бывает северным и южным.

• Образуется из-за взаимодействия солнечного ветра и магнитосферы Земли.

• Цветовая палитра зависит от многих факторов, таких как вещества в атмосфере, которые ионизирует солнечный ветер, высота, на которой это происходит, а также активность Солнца – много чего, в общем.

• Люди в древности связывали это явление с духами, а в Средневековье с тухлой рыбой и пришельцами, но Джеймс Кук и Ломоносов помогли нам разобраться в вопросе.

• Благодаря современным сервисам, мы можем предугадать моменты, когда появится северное сияние.

• Чтобы получить максимум удовольствия – подготовьтесь.

  Если пост понравился и был полезным подписывайся на мой канал в телеграм, где ты найдешь еще больше интересного!

Дополнительно

Несколько интересных материалов для тех, кто хочет узнать больше о северном сиянии.

О солнечном ветре

О магнитных бурях

Залипательное видео северного сияния

Откуда она берется?

В результате термоядерных реакций происходящих на Солнце за день в виде солнечных лучей на нашу планету попадает большое количество энергии — примерно 164 ватта на квадратный метр. Иными словами, над каждым квадратным метром Земли можно повесить лампочку на 164 ватт и заставить ее светиться только за счет солнечной энергии 💡

Звучит многообещающе, но не все так просто! Дело в том, что солнечная энергия представляет собой комбинацию из видимого света, ультрафиолетового излучения, инфракрасного излучения (тепла) и других микроволн. Для преобразования в электричество в основном используется видимый свет, так как инфракрасное излучение не такое эффективное, а ультрафиолетовое по большей части поглощается озоновым слоем Земли, но даже достигнув солнечной панели оно не будет эффективно поглощаться.

Кремниевые пластины

Основа солнечной батареи — это две кремниевые пластины находящиеся друг под другом, покрытые сверху слоем стекла. Кремний является полупроводником, а это значит, что при определенных условиях он может как поглощать электроны, так и отдавать. При естественных условиях он это не делает. Поэтому на верхнюю кремниевую пластину наносят слой фосфора. При взаимодействии с ней у кремния появляются дополнительные электроны, которые он хочет отдать, то есть отрицательный заряд. В то же время, на нижнюю пластину наносят слой бора. В этом случае у кремния появляется нехватка в электронах, желание забрать их у кого-нибудь, то есть положительный заряд. Теперь у нас есть две пластины одна из которых хочет отдать свои электроны, а другая забрать –– что же дальше?

Луч света

Дальше луч света состоящий из фотонов попадает на нашу верхнюю пластину кремния и передает свою энергию, буквально выбивая из нее электроны, которые направляются прямиком к нижней панели, которая их уже ждет. После этого, мы видим обратный процесс –– атомы кремния, получившие электроны готовы отдать их обратно, а те, кто отдал теперь хотят восполнить пробел. Наша задача — дать им это сделать и замкнуть весь процесс в цепочку 🔗

Электрический ток получен! Чем больше света –– тем больше выбивается электронов и тем больше мы получаем тока. Это процесс называется фотоэффект.

Чтобы защитить пластины их покрывают слоем стекла, а также антибликовым покрытием, чтобы поглощение света происходило еще более эффективно. Одна солнечная ячейка вырабатывает очень мало электричества, буквально несколько ватт, поэтому из нескольких ячеек собирают модули, которые уже группируются в привычные нам солнечные панели

Как собрать полученный ток?

С помощью специальных медных каналов (из-за которых солнечные панели выглядят как сетка) ток из солнечных пластин выводится к потребителям либо накапливается в аккумуляторах. Чтобы попасть в общедоступные сети он должен предварительно побывать в инверторе и стать из постоянного переменным.

Виды кремниевых панелей

Кремниевые солнечные панели бывают моно- и поликристаллическими. Для изготовления солнечных элементов для монокристаллических солнечных батарей, кремний выращивают в виде брусков, которые затем нарезают на пластины. Называются они «монокристаллическим» – чтобы показать, что используемые солнечные элементы получены из одного кристалла кремния. У них высокий КПД –– в районе 25%, но они дороже в производстве. В основе поликристаллических пластин ячейки сделанные из сплавленных вместе фрагментов кремния. Они дешевле в производстве, но менее эффективны.

Новые виды солнечных панелей

Оба вида кремниевых панелей можно условно отнести к первому поколению солнечных панелей. Второе поколение представляет собой солнечные панели из аморфного кремния, кадмий-теллурий и других более легких и гибких материалов. Такие солнечные панели тонкие, их можно гнуть и прикреплять к одежде, но в эффективности они явно проигрывают классическим кремниевым. Хорошая новость в том, что сейчас активно разрабатываются новые виды панелей, которые будут сочетать в себе эффективность первого поколения и гибкость с легкостью второго. Ну что ж, будем ждать!

Вопросы к солнечной энергии

Пока что нам остается довольствоваться привычными кремниевыми солнечными панелями. Они намного экологичнее, чем привычные нам способы добычи энергии, но их основная проблема на сегодняшний день –– это эффективность и использование земли. Самые эффективные солнечные панели способны преобразовать только 25% света попадающего на них, но обычно эффективность на уровне 15%. На выработку также влияют и погодные условия, ведь чем меньше света, тем меньше и энергии 🌤 Помимо этого для размещения солнечной электростанции нужна большая площадь и правильно подобранная экспозиция для каждой солнечной панели, чтобы она получала по максимуму света. Если взять в пример атомную или угольную электростанцию, то на такой же площади она способна вырабатывать в сотни, если не в тысячи раз больше энергии.

Будущее солнечной энергии

Благодаря поддержке правительств разных стран, расширению и удешевлению производства солнечная энергия с момента открытия подешевела в 400 раз. Объем производства солнечной энергии растет в среднем на 20% в год и если так и будет продолжаться, то к 2031 году вырабатываемая мощность солнечной энергии будет больше совокупной мощности газа, угля и атомной энергии и гидроэнергетики. Осталось только решить вопрос с эффективность панелей🤔

Это очередной пост из моего канала, где я рассказываю про сложные и интересные вещи простыми словами. Буду рад твоей подписке)

Масса ядра атома зависит от того, сколько протонов и нейтронов внутри. Между ними действует ядерная сила — фундаментальная и самая мощная из известных сил, целью которой является поддержание целостности ядра — его стабильности. Но у ядерной силы есть главный противник — Кулоновская сила отталкивания, которая действует между протонами. В таблице Менделеева элементы представлены в порядке увеличения массы ядра. Чем больше масса ядра, тем больше ядерных сил нужно, чтобы удержать его от распада. Поэтому тяжёлые элементы нестабильны и стремятся к распаду на более лёгкие и стабильные, выделяя при этом излучение. Их как раз и называют радиоактивными, а сам процесс — реакция распада💥

Изотопы

Распад дело такое — кому-то нужно доли секунды, а кому-то септилионы (10²⁴) лет. Причем при распаде разных элементов выделяется разное количество энергии, соответственно одни элементы расщеплять эффективнее, чем другие. Это работает даже в пределах одного элемента. Практически у каждого элемента есть несколько альтер-эго — они называются изотопы. У них одинаковое количество протонов, но разное количество нейтронов, поэтому им присуща разная стабильность, разные свойства и самое главное — разное количество высвобождаемой энергии при делении. Например, уран является одним из самых популярных компонентов для ядерного топлива в мире, но в природе он на 99% состоит из изотопа урана 238, который при распаде выделяет не так много энергии, как хотелось бы. Что же делать?🤔 Есть пара вариантов...

Ядерное топливо

Чтобы стать ядерным топливом, элемент должен отвечать, как минимум, двум критериям: высвобождать колоссальное количество энергии при распаде и, самое главное, выделять нейтрон. Нейтроны, вылетая с огромной скоростью, будут врезаться в соседние атомы, вызывая их распад, с последующим выделением энергии и появлением других нейтронов. Это называется цепная реакция, и именно этот принцип лежит в основе ядерной энергетики⚛️

Добыча ядерного топлива

Чтобы получить из урана ядерное топливо, у нас есть два пути. Первый вариант — обогатить урановую руду, состоящую из урана 235 и урана 238, с помощью специальных центрифуг, где в процессе вращения более тяжелый уран 238 сместится к краю. Это даст возможность убрать какое-то его количество из породы, тем самым повысив концентрацию урана 235. Сырье для ядерного топлива готово✔️ При последующем попадании в него нейтроном, содержащиеся в нём изотопы урана 235 будут превращаться в уран 236, который и даст необходимую энергию при распаде.

Ещё один способ получить ядерное топливо — это превратить исходный уран 238 в изотоп урана 239, который затем при распаде будет давать плутоний 239 — ещё один элемент, соответствующий всем критериям ядерного топлива.

Теперь ты стал ближе к понимаю ядерной энергии, так что можно и поумничать 🧐 В следующий раз расскажу про ещё один тип ядерной реакции — термоядерную. Энергия от неё достигает Земли в виде фотонов и превращается в тепло, которое мы ощущаем☀️Следи за обновлениями в моём канале. Буду рад твоей подписке!

В 90-х годах учёные решили посчитать плотность, необходимую для формирования плоской вселенной. На тот момент было известно о двух компонентах вселенной — тёмной материи и барионной материи (привычная нам материя из нейтронов, протонов и электронов). Изучив плотность обеих видов материи подтвердилась гипотеза, что барионная материя составляет 4-5% от всей вселенной, но также обновились данные о роли тёмной материи. Оказалось, что она даёт не 95% плотности, как думали раньше, а только 22%, и это значило, что либо вселенная не плоская, либо есть что-то, что заполняет оставшееся 74% объёма вселенной. В плоскости вселенной учёные были уверены, и поэтому выдвинули гипотезу о существовании ранее неизвестной формы невидимой энергии, заполняющей оставшееся пространство.

Открытие тёмной энергии

В 1998-1999 годах, наблюдая за сверхновыми, учёные заметили, что свет тусклее, чем ожидалось. А это значит, что Вселенная не просто расширяется, а делает это с ускорением, как будто что-то её расталкивает изнутри. Затем данные зонда WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe), изучающего реликтовое излучение, заставили ученых предположить, что «расталкивает» Вселенную таинственная темная энергия🌚

Что это такое?

Тёмная энергия представляет собой поле, имеющее определённую плотность и отрицательное давление, которое буквально распирает её изнутри и заставляет вселенную расширяться с ускорением.

Почему именно тёмная?

Потому что она не вступает ни в какие взаимодействия, и на данный момент мы можем наблюдать только влияние, которое она оказывает.

Роль тёмной энергии

Вселенная расширялась всегда, но ускоренно начала только 5 млрд. лет назад, так как до этого момента гравитационное воздействие тёмной и барионной материи замедляло этот процесс. Сейчас тёмная материя преобладает и уже ничего не может ей помешать, а дальнейшее расширение Вселенной будет только укреплять её позиции. Поэтому есть несколько теорий насчёт нашего будущего: одна плохая....и остальные тоже☠️ В первом случае галактики за пределами нашего сверхскопления улетят за горизонт событий и станут для нас невидимыми, а нас ждёт тепловая смерть. Это такая ситуация, при которой вся материя распределилась настолько, что газовые облака, необходимые для образования звёзд, больше не существуют, а все известные звёзды превратились в чёрные дыры и поглотили всё вокруг. Во втором случае тёмная энергия превзойдёт все остальные силы во Вселенной, разорвёт все гравитационные структуры и всех нас на атомы, а потом и сами атомы. Это называется Большой Разрыв💥 Ещё один вариант предполагает, что тёмная энергия рассеется и сменит отталкивающее действие на притягивающее. В итоге все космические тела сольются вместе, создавая всё более меньшую и горячую вселенную. За несколько минут до конца света ядра атомов будут разорваны в клочья. Массивные чёрные дыры поглотят всё на свете, сольются в одну сверхмассивную чёрную дыру, которая поглотит сама себя и станет сингулярностью. В общем, есть из чего выбрать🙂

Заключение

Теперь ты знаешь о тёмной энергии, которая:

-составляет бОльшую часть Вселенной

-заставляет вселенную расширяться с ускорением

-убьёт нас всех изощрённым способом 💀

Пост получился длинным, но зато теперь ты можешь порадовать своих близких разными вариантами конца света и предложить выбрать по вкусу 😉

Ещё больше интересного в моём канале. Буду рад твоей подписке!

Учёные идут во все тяжкие

Учёные решили изучить подробнее нашу галактику на нарушение законов физики и нашли, что искали. Галактики — это звёздные острова, удерживаемые от распада силой гравитации. Если взять за основу все законы физики, учесть массы всех планет, звёзд и силу тяготения, то выходит, что наша галактика давно должна была разлететься по всей вселенной, не удержав форму.

Подробно всё изучив (последней каплей стало искажение в гравитационном линзировании, но об этом в другой раз) учёные решили, что они ничего не понимают есть нечто, способное влиять на силу притяжения, но что мы не способны распознать 🫥

Пробы на роль тёмной материи

На роль загадочного нечто пробовались чёрные дыры, остатки выгоревших звёзд, межгалактический газ, но они выдавали бы себя каким-либо излучением. А тут ничего! Учёные решили, что видимо это что-то за гранью восприятия и называться это будет «Тёмная материя»

Что известно на сегодня?

Учёные пытаются доказать существование тёмной материи, сталкивая протоны между собой в Большом Адронном Коллайдере. Гипотетически тёмная материя может состоять из вимпов — слабовзаимодействующих массивных частиц. В результате столкновений высвобождается большое количество энергии, которая может по итогу может превратиться в нужные нам (или им) вимпы (вспоминаем Эйнштейна и его E=mc²). Пока что безуспешно, но всё ещё впереди (наверное)

Почему это важно?

Для учёных это важно, потому что тёмная материя наряду с тёмной энергией (об этом в следующий раз) являются ключевыми компонентами вселенной и составляют 95% её массы😮 Открытие тёмной материи ещё больше приблизит нас к пониманию процессов, происходящих во вселенной.

Для тебя это важно, потому что теперь ты знаешь про материю, которая:

- составляет 22% всей массы вселенной

- влияет на движение звёзд и галактик

- является невидимой для любых приборов изучения

- может пролетать насквозь через всё, что угодно.

Ну всё, можно идти показывать окружающим широту своего познания ✌️

Ещё больше интересного в моём канале. Буду рад твоей подписке!