Изучение Солнечной активности и параметров Солнца по данным спутника Коронас-Фотон

Солнечная активность. Комплекс нестационарных образований, наблюдаемых на Солнце (пятна, факелы, протуберанцы, хромосферные вспышки и др. ), называется солнечной активностью.

Все проявления солнечной активности тесно связаны друг с другом. Так, солнечные пятна всегда связаны с факелами, хромосферные вспышки и протуберанцы в большинстве случаев развиваются над <<возмущённой>> фотосферой и т. д. Области на Солнце, где наблюдаются пятна, факелы, вспышки, протуберанцы, называются активными или центрами активности. Магнитное поле Земли невелико, но активные области возникают и развиваются лишь в тех участках Солнца, где временно усиливается магнитное поле.

Для того, чтобы всесторонне исследовать явления, происходящие на Солнце, проводятся систематические наблюдения Солнца(<<служба Солнца>>) в многочисленных обсерваториях. Солнце исследуют с помощью аппаратуры, установленной на межпланетных космических станциях, искусственных спутниках Земли, орбитальных научных станциях. В своей работе мы решили показать, как можно использовать данные спутника при изучении школьного курса астрономии.

Спутник Коронас-Фотон

Основные характеристики <<Коронас-Фотона>> Вес космического аппарата - 1900 кг.

Вес комплекса научной аппаратуры -540 кг.

Тип орбиты - круговая.

Высота орбиты - 500 км.

Наклонение орбиты - 820,5.

Точность ориентации продольной оси - лучше 5 угл. Сек.

Точность определения ориентации продольной оси - лучше 3 угл. Сек.

Стабилизация угловых скоростей - 0,005 градусов в сек.

Точность определения положения спутника вдоль орбиты - 1000 м.

Точность определения положения спутника по высоте - 500 м.

Объем запоминаемой научной информации за сутки - 8,2 Гбит.

Объем информации, передаваемой за один сеанс связи - 2048 Мбит.

Срок активного существования - не менее 3 лет.

Время запуска - июнь 2008 года.

Цель работы:

Изучение солнечной активности за период с февраля по сентябрь 2010 года и определение параметров Солнца по фотографиям спутника Коронас-Фотон.

Задачи исследования:

1. Изучить литературу по проблеме исследования.

2. Получить и изучить фотографии Солнца из Интернета, полученные спутником Коронас-Фотон за февраль - сентябрь 2010 года.

3. Сделать анализ солнечной активности в феврале - сентябре 2010 года.

4. Рассмотреть активные образования в солнечной атмосфере (пятна и протуберанцы).

5. Используя фотографии, рассчитать число Вольфа и определить максимумы и минимумы солнечной активности в феврале - сентябре 2010 года, определить угловую скорость вращения пятен, их площадь, сидирический период, высоту протуберанца.

Объект исследования: Солнце.

Предмет исследования: пятна и протуберанцы на Солнце.

Основная часть

Изучение солнечной активности

1. Изучение изменения чисел Вольфа на протяжении восьми месяцев (февраль - сентябрь 2010 года)

Цель эксперимента: определить число Вольфа за каждый день наблюдения солнечной активности по фотографиям российского спутника Коронас-Фотон.

Оборудование: фотографии, сделанные спутником.

Порядок выполнения исследования:

1. Определение числа пятен и числа групп, видимых в день наблюдения на солнечном диске по фотографиям спутника.

2. По этим пятнам определить число Вольфа по формуле W=10g + f, где f- число всех существующих на данный момент пятен, а g- число групп.

1. На солнечном диске пятна перемещаются от западного края к восточному.

2. Число пятен в группе сначала увеличивалось, потом уменьшалось.

3. Максимальная солнечная активность наблюдалось с 4-ого до 6-ого мая.

2. Наблюдения за магнитным типом группы

Цель наблюдения: проследить, как изменяется магнитный тип группы за время движения по солнечному диску.

Дата наблюдения

Магнитный тип группы

07. 02. 10

Beta-Gamma

08. 02. 10

Beta-Gamma

09. 02. 10

Beta-Gamma

10. 02. 10

Delta-Gamma

11. 02. 10

12. 02. 10

13. 02. 10

Beta-Gamma

14. 02. 10

08. 02. 10

09. 02. 10

10. 02. 10

11. 02. 10

12. 02. 10

Beta-Gamma

13. 02. 10

Beta-Gamma

14. 02. 10

15. 02. 10

16. 02. 10

17. 02. 10

18. 02. 10

Вывод: изменение магнитного типа пятна связано с изменением магнитного поля Солнца и до настоящего времени до конца не изучено.

3. Определение площади пятен за время развития и исчезновения пятна

Цель эксперимента: определить изменение площади пятна за время его движения по диску Солнца.

Оборудование: фотографии, сделанные спутником.

Порядок выполнения исследования:

1. Определить тип пятна и площадь пятна на фотографии

2. Используя сведение о площади изображения Солнца, определить диаметры пятен в натуральную величину.

Площадь в миллионных долях полусферы

0,89233. 106

07. 02. 10

0,98464. 106

08. 02. 10

0,9231. 106

09. 02. 10

0,9231. 106

10. 02. 10

0,73848. 106

11. 02. 10

0,46155. 106

12. 02. 10

0,27693. 106

13. 02. 10

0,3077. 106

14. 02. 10

Площадь в миллионнных долях полусферы

0,09231. 106

08. 02. 10

0,03077. 106

09. 02. 10

0,03077. 106

10. 02. 10

0,40001. 106

11. 02. 10

0,58463. 106

12. 02. 10

0,40001. 106

13. 02. 10

0,40001. 106

14. 02. 10

0,21439. 106

15. 02. 10

0,12308. 106

16. 02. 10

0,12308. 106

17. 02. 10

0,09231. 106

18. 02. 10

Вывод: Площадь группы пятен во время движения по диску Солнца сначала увеличивается, некоторое время остается постоянной, а потом уменьшается.

4. Определение размера протуберанца

Цель исследования: определить размер протуберанца по мере его развития.

Определение размера протуберанца по фотографии Evolution Of Solar Prominence

Выполнение: на фотографии размер протуберанца можно измерить в миллиметрах-l, мм. Чтобы определить его в километрах, надо знать масштаб u.

Масштаб можно узнать, определив радиус Солнца на фотографии и зная его реальное значение. Как определить радиус окружности, если задана только её часть? Из геометрических соображений. Из треугольника OAB следует, что (R-b)2+a2=R2, откуда R=a2+b22b,где a-длина произвольной полухорды, проведённой внутри дуги окружности, а b-длина перпендикуляра, проведённого из середины хорды до её пересечения с дугой.

Измерения по рисунку дают a=48 мм, b=6 мм, т. е R=195 мм. Значит, масштаб u=700 000 км: 195 мм= 3 590 км/мм. Поскольку высота протуберанца h=20 мм, то реально она равна 20 мм*3 590 км/мм ≈72 000 км.

Название фотографии

Масштаб h (км)

Evolution Of Solar Prominence

16471 км/мм

115 297

16471 км/мм

247 065

16471 км/мм

329 420

16471 км/мм

378 833

16471 км/мм

444 717

16471 км/мм

395 304

Вывод: размер протуберанца по мере его развития увеличивается, затем уменьшается.

Определение параметров Солнца по фотографиям спутника Коронас-Фотон

Цель исследования: определить период вращения Солнца по его изображениям, полученным 11 и 13 марта 2010 года. Моменты времени указаны на изображениях, север- вверху.

Примечание. Особенность выполнения работы состоит в том, что нужно определить долготу одной и той же детали. L1 и L2 в разные моменты времени t1 и t2. Тогда 3600 : (L2 - L1)= P :(t2-t1), откуда находим синодический период P вращения Солнца. Его надо перевести в сидерический период, т. е. учесть движение Земли вокруг Солнца, используя формулу синодического движения: 1P= 1S-1T3, где T3 - сидерический период обращения Земли вокруг Солнца, т. е. её год, равны 365,25 суток, а S- звёздный период вращения Солнца, т. е. период вращения по отношению к звёздам.

Долготу пятна относительно центрального меридиана находим из простого соотношения, следующего из рассмотрения схематического рисунка, представляющего вид с полюса сечения Солнца, перпендикулярного оси вращения и проходящего через пятно. О- проекция оси вращения Солнца, П - пятно, П'- проекция пятна на луч зрения. Из треугольника ОПП' имеем:

ПП':ОП=Sin L1,откуда находим L1.

Измерения дают для первого пятна в момент t1: L1=arcsin(45мм:52 мм) =59,90

Для этого же пятна в момент t2:L2 находим аналогично:

L2=arcsin(20мм:32мм)=38,60

Значит, P=(3600*2дня):21,30=33,8 суток

Вывод: синодический период вращения Солнца P=33,8 суток, погрешность измерений составила 12. 6%. Cидерический период равен S=30,94 суток.

Определение угловой скорости вращения пятен

Угол между плоскостью экватора и радиусом, проведённым из центра Солнца в данную точку на его поверхности называется гелиографической широтой.

Вращение Солнца обладает важной особенностью: его угловая скорость ω убывает по мере удаления от экватора и приближения к полюсам, так что в среднем ω=14,40-2,70sin2B, где B- гелиографическая широта.

sinB=22мм 32мм=0,6875

B= 43,430

ω1 = 14,40 - 2,70sin2 B=13,12град/сутки.

Sin B=17мм20мм=0,7727

В=50,590

ω2= 14,40 -2,7sin2B=12,79 град/сутки.

Вывод: различные зоны Солнца вращаются вокруг оси с разной угловой скоростью, угловая скорость вращения пятна №1054 зависит от гелиографической широты пятна при В1=43,430, В2=50,590, ω1 = =13,12град/сутки, ω2=12,79 град/сутки.

Заключение

Одна из основных и пока не решённых задач астрономии - это прогноз солнечной активности. Такие прогнозы необходимы для безопасного пребывания человека в космосе и на Земле.

Причина солнечной активности - одна из наиболее увлекательных загадок Солнца. Скорее всего, она связана с некоторыми колебательными процессами, происходящими в подфотосферных слоях, в которых активное участие принимает магнитное поле.

В своей работе мы установили:

1. Максимальная солнечная активность наблюдалось с 4-ого до 6-ого мая. Максимальная солнечная активность в некоторые дни в мая превышала активность в марте в 1,9 раза.

2. Изменения магнитного типа пятна связаны с изменением магнитного поля Солнца и до настоящего времени до конца не изучены.

3. Площадь группы пятен во время движения по диску Солнца сначала увеличивается, потом уменьшается.

4. Размер протуберанца по мере его развития увеличивается, затем уменьшается.

5. Cинодический период вращения Солнца P=33,8 суток, погрешность измерений составила 12. 6%. Cидерический период равен S=30,94 суток.

6. Различные зоны Солнца вращаются вокруг оси с разной угловой скоростью, угловая скорость вращения пятна №1054 зависит от гелиографической широты пятна при В1=43,430, В2=50,590, ω1 = =13,12град/сутки, ω2=12,79 град/сутки.

Приложение

01. 04. 2010 02. 04. 2010

Номер группы

Координаты на Солнце

Число пятен в группе

Классификация группы по модифицированной системе Цюриха

Площадь (в миллионных долях солнечной полусферы)

Протяженность группы

Кэррингтоновская долгота группы (в градусах дуги)

Магнитный тип группы

N16 W35

S22 E23

Номер группы

Координаты на Солнце

Число пятен в группе

Классификация группы по модифицированной системе Цюриха

Площадь (в миллионных долях солнечной полусферы)

Протяженность группы

Кэррингтоновская долгота группы (в градусах дуги)

Магнитный тип группы

N15 W45

S22 E10

03. 04. 2010 04. 04. 2010

Номер группы

Координаты на Солнце

Число пятен в группе

Классификация группы по модифицированной системе Цюриха

Площадь (в миллионных долях солнечной полусферы)

Протяженность группы

Кэррингтоновская долгота группы (в градусах дуги)

Магнитный тип группы

N16 W59

S23 W03

Номер группы

Координаты на Солнце

Число пятен в группе

Классификация группы по модифицированной системе Цюриха

Площадь (в миллионных долях солнечной полусферы)

Протяженность группы

Кэррингтоновская долгота группы (в градусах дуги)

Магнитный тип группы

N16 W72

S22 W15

05. 04. 201006. 04. 2010

Номер группы

Координаты на Солнце

Число пятен в группе

Классификация группы по модифицированной системе Цюриха

Площадь (в миллионных долях солнечной полусферы)

Протяженность группы

Кэррингтоновская долгота группы (в градусах дуги)

Магнитный тип группы

N16 W84

S23 W28

N24 E58

Номер группы

Координаты на Солнце

Число пятен в группе

Классификация группы по модифицированной системе Цюриха

Площадь (в миллионных долях солнечной полусферы)

Протяженность группы

Кэррингтоновская долгота группы (в градусах дуги)

Магнитный тип группы

S25 W40

N25 E45

N14 W11

07. 04. 2010 08. 04. 2010

Номер группы

Координаты на Солнце

Число пятен в группе

Классификация группы по модифицированной системе Цюриха

Площадь (в миллионных долях солнечной полусферы)

Протяженность группы

Кэррингтоновская долгота группы (в градусах дуги)

Магнитный тип группы

S25 W51

N26 E32

N14 W24

Номер группы

Координаты на Солнце

Число пятен в группе

Классификация группы по модифицированной системе Цюриха

Площадь (в миллионных долях солнечной полусферы)

Протяженность группы

Кэррингтоновская долгота группы (в градусах дуги)

Магнитный тип группы

N24 E14

N13 W39

09. 04. 2010 10. 04. 2010

Номер группы

Координаты на Солнце

Число пятен в группе

Классификация группы по модифицированной системе Цюриха

Площадь (в миллионных долях солнечной полусферы)

Протяженность группы

Кэррингтоновская долгота группы (в градусах дуги)

Магнитный тип группы

N25 E00

N14 W52

Номер группы

Координаты на Солнце

Число пятен в группе

Классификация группы по модифицированной системе Цюриха

Площадь (в миллионных долях солнечной полусферы)

Протяженность группы

Кэррингтоновская долгота группы (в градусах дуги)

Магнитный тип группы

N13 W69

11. 04. 2010 12. 04. 2010

Номер группы

Координаты на Солнце

Число пятен в группе

Классификация группы по модифицированной системе Цюриха

Площадь (в миллионных долях солнечной полусферы)

Протяженность группы

Кэррингтоновская долгота группы (в градусах дуги)

Магнитный тип группы

N13 W83

Сейчас на Солнце нет активных областей с солнечными пятнами Хромосферные флоккулы без пятен

Номер области

Координаты

Кэррингтоновская долгота (в градусах)

N25 W39

13. 04. 2010 14. 04. 2010

Номер группы

Координаты на Солнце

Число пятен в группе

Классификация группы по модифицированной системе Цюриха

Площадь (в миллионных долях солнечной полусферы)

Протяженность группы

Кэррингтоновская долгота группы (в градусах дуги)

Магнитный тип группы

S18 W05

Номер группы

Координаты на Солнце

Число пятен в группе

Классификация группы по модифицированной системе Цюриха

Площадь (в миллионных долях солнечной полусферы)

Протяженность группы

Кэррингтоновская долгота группы (в градусах дуги)

Магнитный тип группы

S18 W20

15. 04. 2010 16. 04. 2010

Номер группы

Координаты на Солнце

Число пятен в группе

Классификация группы по модифицированной системе Цюриха

Площадь (в миллионных долях солнечной полусферы)

Протяженность группы

Кэррингтоновская долгота группы (в градусах дуги)

Магнитный тип группы

S18 W34

Сейчас на Солнце нет активных областей с солнечными пятнами Хромосферные флоккулы без пятен

Номер области

Координаты

Кэррингтоновская долгота (в градусах)

S18 W47

17. 04. 2010 18. 04. 2010

Сейчас на Солнце нет активных областей с солнечными пятнами Хромосферные флоккулы без пятен

Номер области

Координаты

Кэррингтоновская долгота (в градусах)

S18 W60

Сейчас на Солнце нет активных областей с солнечными пятнами Хромосферные флоккулы без пятен

Номер области

Координаты

Кэррингтоновская долгота (в градусах)

S18 W73

19. 04. 2010 20. 04. 2010

Сейчас на Солнце нет активных областей с солнечными пятнами Хромосферные флоккулы без пятен

Номер области

Координаты

Кэррингтоновская долгота (в градусах)

S18 W86

Сейчас (20. 04. 2010) на Солнце нет активных областей с солнечными пятнами

21. 04. 2010 22. 04. 2010

Сейчас (21. 04. 2010) на Солнце нет активных областей с солнечными пятнами

Сейчас (22. 04. 2010) на Солнце нет активных областей с солнечными

Пятнами

23. 04. 2010 24. 04. 2010

Сейчас (23. 04. 2010) на Солнце нет активных областей с солнечными пятнами

Сейчас (24. 04. 2010) на Солнце нет активных областей с солнечными

Пятнами

25. 04. 2010

Сейчас (25. 04. 2010) на Солнце нет активных областей с солнечными пятнами

Сейчас (26. 04. 2010) на Солнце нет активных областей с солнечными

Пятнами

27. 04. 2010 28. 04. 2010

Сейчас (27. 04. 2010) на Солнце нет активных областей с солнечными пятнами

Сейчас (28. 04. 2010) на Солнце нет активных областей с солнечными

Пятнами