XXIX Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Всё, что нужно знать о северном сиянии
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
ВВЕДЕНИЕ
Северное сияние – одно из самых завораживающих природных явлений, которое веками привлекало внимание человечества своей красотой и загадочностью. Это волшебное свечение полярного неба стало объектом изучения ученых разных эпох, вдохновляло поэтом и художников, а также играло важную роль в мифологии и культуре народов Севера. Выбор темы моего исследования обусловлен местом проживания. Ведь именно на Кольском полуострове можно наблюдать за этим красивейшим природным явлением. Поэтому моя работа призвана расширить знания слушателей о физическом происхождении северного сияния, продемонстрировать уникальные возможности современной науки в изучении космоса и напомнить о значимости природы и ее величественных проявлений для культурного наследия нашей страны.
Гипотеза проекта - Северное сияние возникает благодаря солнечным ветрам и магнитному полю Земли.
Цель проекта
Цель моего проекта — раскрыть природу северного сияния, объяснить механизмы его возникновения и методы наблюдения за ним. Особое внимание будет уделено истории восприятия северного сияния в различных культурах, начиная от древних легенд северных народов и заканчивая современными научными достижениями.
Задачи проекта
Для достижения цели перед собой ставлю следующие задачи:
- Узнать, что такое северное сияние в научной терминологии и легендах.
- Изучить причины появления северного сияния, его разновидности.
- Выяснить, где чаще всего наблюдается явление.
- Сделать выводы.
1. Северное сияние в легендах и науке.
Для того, чтобы как можно лучше раскрыть тему проекта, обратимся к истокам понимания этого природного явления. Ведь до становления науки были первичные представления разных народов, которые дошли до нас в виде легенд. Их несколько. Рассмотрим некоторые из них.
Саамы. Некоторые саамы верили, что северное сияние — это огни душ умерших предков, которые путешествуют по небу. Эти духи наблюдают за живыми и иногда пытаются с ними общаться. Они верили в примету, связанную с этим явлением - быстрая игра северного сияния предвещает ветер.
Поморы. Поморы считали, что северное сияние — это отблеск чешуи рыб, кочующих в полярных районах, и называли его «сполохом». А также ониотмечали, что долгое наблюдение за сиянием может вызвать головную боль и привести к состоянию, называемому «меряченье», при котором люди начинают испытывать судорожные движения и стремление двигаться в определённом направлении, обычно на север.
Викинги. Викинги верили, что северное сияние — это свет валькирий, богинь, которые выбирают тех, кто погибнет в битве, и берут их в Валгаллу, дом храбрых воинов.Викинги считали северное сияние признаком удачи и процветания, видели в нём символ благословения и защиты богов.
Индейцы.Индейцы считали северное сияние привидениями душ убитых врагов, а также считали северное сияние светом из распахнутых окон небесного дворца, населённого душами умерших людей.
В древнегреческой мифологии есть легенда о богине Артемиде, которая была покровительницей охоты и диких животных. Однажды она увидела, как олень пытается поймать рыбу в реке. Артемида решила помочь оленю и создала северное сияние, чтобы он смог увидеть рыбу. С тех пор северное сияние стало символом удачи и мудрости.
В скандинавской мифологии есть легенда об Авроре Бореалис (сейчас этим именем называется один из видов северного сияния). Согласно этой легенде, Аврора Бореалис была дочерью бога солнца и богини земли. Она была красивой и доброй девушкой. Однажды она услышала голос своего отца, который просил ее помочь ему спасти мир от зла. Аврора согласилась и отправилась на поиски зла. В пути она встретила множество препятствий и испытаний, но в конце концов нашла зло и победила его. После этого она вернулась домой и стала богиней северного сияния.
Эти легенды и истории показывают, что северное сияние имеет глубокое значение и символику для многих культур и народов. Оно является не только красивым явлением природы, но и символом мудрости, удачи и знаний.А история научного изучения началась только в 18 веке. В 1772 году шведский ученый Андерс Цельсий описал северное сияние и назвал его "аврора" (от латинского "aurora" - рассвет).
В 1820-х годах английский физик Уильям Гершель изучил спектральный состав природного явления и обнаружил, что оно содержит различные химические элементы, включая азот, кислород и водород.
В 19 веке небесный процесс стал объектом исследования многих ученых, включая русского физика Михаила Ломоносова, который в 1761 году написал книгу.
В 1904 году американский астроном Роберт Вильсон открыл, что из-за столкновения частиц солнечного ветра с атмосферой Земли появляется северное сияние и что это явление можно использовать для измерения скорости солнечного ветра.
Таким образом мы с вами подошли к современному определению северного сияния.
Северное сияние – это природное явление в атмосфере Земли, которое возникает при взаимодействии солнечного ветра с геомагнитным полем. Оно проявляется в виде цветных световых полос и пятен на ночном небе.
-
Виды северного сияния.
Теперь давайте рассмотрим каким бывает северное сияние. Существует несколько видов, каждый из которых имеет свои особенности и характеристики.
Полярное сияние. Это самый распространенный вид северного сияния. Его можно увидеть в периоды низкой солнечной активности, когда на Солнце нет пятен и оно находится на низком уровне активности. Проявляется в виде ярких красных, зеленых и фиолетовых вспышек на небе, которые могут длиться несколько часов. Происходит явление на высоких широтах (60-80 градусов северной и южной широты), но может быть видно и на более низких широтах в периоды повышенной солнечной активности. Одним из наиболее известных и красивых примеров полярного сияния является северное сияние в Норвегии. В этой стране можно наблюдать полярное сияние круглый год, особенно в зимнее время. Многие люди приезжт в Норвегию, чтобы увидеть это удивительное явление своими глазами.
Аврора Бореалис. Это редкий вид северного сияния, который можно увидеть в период максимальной солнечной активности. Аврора Бореалис проявляется в виде ярко-зеленых, желтых и оранжевых вспышек, которые могут продолжаться несколько часов подряд. Этот вид северного сияния обычно можно увидеть на высоких северных широтах Скандинавского полуострова.
Зеленые дуги. Проявляются в период средней солнечной активности. Зеленые дуги представляют собой полусферы, которые тянутся по небу на протяжении нескольких минут. Этот явление можно увидеть на высотах от 60 до 80 градусов северной широты. Наблюдать зеленые дуги северного сияния можно в странах, расположенных вблизи магнитных полюсов Земли, таких как Норвегия, Швеция, Финляндия, Канада, Аляска (США), а также в России, например, на Кольском полуострове и в Якутии.
Полосы. Характеризуется яркими полосами разных цветов на небе. Происходит это в периоды высокой солнечной активности и может длиться несколько минут. Обычно имеют яркие цвета - красный, оранжевый и желтый. Цветные полосы сияния создаются различными элементами, участвующими в процессе свечения. Зеленый и синий цвета обычно вызываются атомами кислорода, в то время как красный и фиолетовый цвета создаются атомами азота.
Цветные кольца. Это редкий вид сияния, которое возникает в периоды средней солнечной активности. Явление проявляется в виде разноцветных колец на небе и могут иметь разные оттенки - красный, желтый, зеленый и оранжевый.
-
Где можно увидеть северное сияние.
Это явление можно наблюдать не везде, а только в высоких широтных зонах Земли, таких как северные регионы России, Канады, США и Скандинавии.
Вот несколько мест, где можно увидеть его в России:
-
Мурманск - это город на северо-западе России, который находится недалеко от Полярного круга. Природное явление можно наблюдать круглый год, но лучше всего в зимние месяцы.
-
Норильск - расположен за Полярным кругом. Здесь северное сияние наблюдается в течение всего года, но особенно красиво выглядит в декабре и январе.
-
Якутск - столица Республики Саха (Якутия), находится на северо-востоке России. Природное явление можно увидеть только в летние месяцы, но оно очень яркое и красивое.
-
Архангельск - расположен на берегу Белого моря. Здесь можно наблюдать только в летние месяцы, когда солнце находится низко над горизонтом.
-
Воркута - это город в Республике Коми, расположенный за Полярным кругом. Северные сияния здесь видны круглый год, особенно часто они наблюдаются в зимние месяцы.
-
Причины появления северного сияния.
Северное сияние может быть вызвано множеством факторов, но основными являются следующие:
- Солнечный ветер
В высоких широтах магнитное поле почти отсутствует, поэтому солнечный ветер свободно проникает в атмосферу Земли и взаимодействует с ней. Он представляет собой поток заряженных частиц. Когда они эти достигают Земли, то сталкиваются с атомами в атмосфере, что приводит к возбуждению атомов и их излучению в виде света.
- Магнитное поле Земли
Магнитное поле Земли создает условия для взаимодействия солнечного ветра и атмосферы. Оно отклоняет частицы солнечного ветра в определенном направлении, что позволяет им достичь атмосферы Земли и вызвать северное сияние.
- Солнечные вспышки
Это явление представляет собой мощные взрывы на Солнце, которые высвобождают большое количество энергии. при направлении в сторону Земли, вызывает красивое излучение благодаря взаимодействию с магнитным полем нашей планеты.
- Геомагнитные бури
Эти процессы связаны с изменением магнитного поля Земли, которое может повлиять на условия в атмосфере. Магнитное поле может измениться таким образом, что частицы солнечного ветра будут направлены к Земле, что приведет к возникновению северного сияния.
- Воздействие космических лучей
Это поток высокоэнергетических частиц, которые приходят из космоса. Они могут вызывать ионизацию атомов и молекул в атмосфере, что приводит к появлению светящихся пятен на ночном небе.
- Ультрафиолетовое излучение Солнца
Это явление вызывает химические реакции в атмосфере и приводить к образованию светящихся частиц.
- Магнитные бури на Солнце
Изменения в составе атмосферного газа также могут влиять на северное сияние. Например, изменение концентрации кислорода или азота в атмосфере может изменить цвета свечения.
Если говорить простыми словами, то можно представить нашу планету в виде мячика, который покрыт оболочкой. Эта оболочка и есть магнитное поле, призванное защищать Землю от солнечного радиоактивного ветра. Когда солнечные частицы (а именно протоны и электроны) сталкиваются с магнитным полем Земли, они направляются вдоль линий поля к полюсам планеты. Там они попадают в верхние слои атмосферы и взаимодействуя с молекулами воздуха, вызывают свечение.
Северное сияние обладает некоторыми физическими свойствами, вот некоторые из них.
Форма и цвет: северное сияние обычно имеет форму зеленых и красных полос или занавесок, но может принимать и другие формы и цвета, такие как синий, фиолетовый, желтый и оранжевый. Цвет северного сияния определяется длиной волны света, излучаемого атомами кислорода и азота, которые возбуждаются солнечными частицами.
Интенсивность и яркость: может варьироваться от почти незаметной до очень яркой и интенсивной. Это зависит от солнечной активности и магнитного поля Земли, которое влияет на количество и скорость заряженных частиц, достигающих атмосферы.
Высота: северное сияние происходит на высоте от 60 до 1000 километров над поверхностью Земли в стратосфере. Наиболее яркие и интенсивные сияния наблюдаются на высотах от 90 до 200 километров, где концентрация нейтральных частиц кислорода и азота является максимальной.
Длительность: явление может длиться от нескольких минут до нескольких часов, в зависимости от солнечной активности. Более длительные сияния обычно наблюдаются во время магнитных бурь и других явлений на Солнце.
Видимость: северное сияние можно наблюдать в высоких широтах Земли, обычно в районах, близких к Северному полюсу. Однако, из-за изменений в магнитном поле Земли и солнечной активности, видимость сияния может меняться, и его можно наблюдать даже на более низких широтах, таких как Канада, Аляска и Норвегия.
Цветовая гамма северного сияния зависит от множества факторов, таких как состав атмосферы, плотность и температура газов, а также интенсивность солнечного ветра.
Основные цвета:
Красный - может свидетельствовать о том, что в атмосфере происходят процессы, связанные с солнечной активностью.
Зеленый - самый распространённый цвет, возникающий при взаимодействие солнечных частиц с кислородом.
Синий, фиолетовый - возникает при взаимодействие солнечных частиц с азотом.
5. Памятники и художественные объекты, посвященные северному сиянию в разных городах и странах.
Это невероятное природное явление на протяжении веков волновало умы ученых и простых людей. Поэтому неудивительно, что о северном сиянии слагали стихи, посвящали баллады и песни, художники изображали его на своих картинах, северному сиянию даже воздвигали памятники. Давайте рассмотрим некоторые из них.
1. Россия. Мурманская область. Город Полярные Зори. Скульптурная композиция «Умка и Северное сияние» Установлена в 2013 году.
2. Финляндия. Город Соданкюля. Дом северного сияния «Корона севера». Построен в виде саамского чума, внутри которого устраивают световые представления, имитирующие северное сияние.
3. Норвегия. Город Алта. Храм Северного Сияния. Здание высотой 47 метров.
4. Исландия. Центр северного сияния «Аурора Рейкьявик». Посетители могут увидеть проекции северного сияния в специально оборудованном кинозале, узнать о научной стороне явления и мифологии, окутывающей его.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Подводя итог нашему исследованию, можно сказать о том, что основная цель выполнена, гипотеза подтверждена. Северное сияние - это не просто красивое явление, это сложный механизм взаимодействия между магнитным полем нашей планеты и самой большой звездой в Солнечной системе. Это невероятно сложный и интересный процесс. Именно поэтому так много ученых по всему миру изучали и продолжают его изучать.
А нам с вами повезло. Ведь мы живем в удивительном краю, где северное сияние вовсе не чудо и не диковинка, а часть нашей жизни, ведь его мы можем наблюдать настолько часто, насколько это возможно. Главное – чаще смотреть в ночное небо. Недаром Мурманская область привлекает туристов, желающих увидеть это природное явление, со всего мира.
12 января в России отмечается День северного сияния, ведь оно стало неотъемлемой частью северного калорита.