V Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Влияние солнечной активности на некоторые процессы связанные с жизнедеятельностью человека

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Волкова О.А. 1

---

1МБОУ СОШ №5 г. Искитима

Меркулова Е.А. 1

---

1МБОУ СОШ N5 г. Искитима

Работа в формате PDF

4.7 MB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение.

Данная работа называется «Влияние солнечной активности на некоторые процессы, связанные с жизнедеятельностью человека».

Вышеуказанная тема выбрана по следующим причинам:

влияние солнечной активности на наше здоровье и жизнедеятельность, несомненно, вызывает интерес практически у любого обывателя

данная проблема имеет большое значение для радиосвязи, навигации, безопасности космических полетов, прогнозирования погоды и др.

Солнце всегда вмешивалось и вмешивается в нашу жизнь, и чем больше мы будем знать о широте этого «вмешательства», тем с большей степенью вероятности сможем быть к нему готовы.

Объектная область исследования: физика

Предмет исследования: солнечная активность

В начале исследования мы сформулировали следующую гипотезу:

«Солнечная активность – это комплекс взаимосвязанных процессов, идущих в недрах Солнца, не только вызывающих ответную реакцию Земли на его активность, но и отражающихся на жизнедеятельности человека, его поведении и физическом самочувствии».

В соответствии с этой гипотезой поставили цель исследования: провести наблюдения и проанализировать данные, позволяющие сделать заключение о влиянии солнечной активности на некоторые процессы жизнедеятельности человека.

Для этого необходимо решить следующие задачи:

изучить теорию вопроса;

проанализировать связь повышенной солнечной активности ( увеличенном количестве пятен и наличии солнечных вспышек) с геомагнитными возмущения, приводящие к негативным реакциям человеческого организма.

провести практические наблюдения и измерения,

сделать собственные выводы.

В процессе работы были использованы теоретические и практические методы. Автор ознакомился с соответствующей литературой, были проведены собственные наблюдения, проанализированы уже имеющиеся данные по этому вопросу.

Основная часть.

Глава 1.Теория изучаемого вопроса.

Солнце является ближайшей к нам и довольно типичной звездой. Это целая лаборатория. Влияние Солнца на Землю многогранно и неоднозначно. Исследование Солнца – особый раздел астрофизики со своей базой, методами, со своими сложностями. Постоянный интерес к Солнцу проявляют астрономы, врачи, метеорологи, связисты, навигаторы и другие специалисты, деятельность которых так или иначе связана с активностью Солнца.

Кратко дадим определение что есть "солнечная активность":

"Солнечная активность — комплекс явлений и процессов, связанных с образованием и распадом в солнечной атмосфере сильных магнитных полей."

Единого универсального показателя для активности Солнца не существует, можно указать величины, которые позволяют в какой-то степени приблизиться к решению этой задачи. Остановимся на тех видах солнечной активности (СА), которые мы исследовали в ходе работы, отслеживая в течение пяти месяцев в режиме реального времени.

Солнечные пятна

Следить за солнечной активностью по солнечным пятнам удобнее всего, они наиболее изучены. Это области на поверхности Солнца, которые темнее окружающей их фотосферы, так как в них сильное магнитное поле подавляет конвекцию плазмы и снижает её температуру примерно на 2000 градусов. Пятно является как бы охлажденной и скованной магнитным полем ямой в солнечной фотосфере. Это области, из которых выходят в фотосферу очень сильные магнитные поля. Количество пятен на Солнце (и связанное с ним число Вольфа) — один из главных показателей солнечной магнитной активности. Этот параметр подтверждает, что Солнце проявляет свою активность с некоторой предсказуемостью и имеет цикл с длительностью около 11 лет (точнее 11,7).

Пятна на Солнце, которые в непрерывном режиме регистрируются уже более ста лет.. В настоящее время работу по созданию и распространению чисел Вольфа ведет Королевская обсерватория Бельгии Royal Observatory of Belgium .

На сайте https://www.spaceweatherlive.com/ru/solnechnaya-aktivnost/gruppy-solnechnyh-pyaten в режиме реального времени можно отследить солнечные пятна, а также найти архив данных.

2. Вспышечная активность

Наибольшее влияние на земную жизнь оказывают солнечные вспышки. Причем интересно то, что эти самые яркие проявления солнечной активности происходят не в год максимального числа пятен, а во время роста или спада солнечной активности. Это позволяет сделать вывод о двухвершинности солнечного цикла.

Солнечная вспышка – самое мощное проявление солнечной активности, это взрыв, вызванныйвнезапным сжатием солнечной плазмы, происходящим под давлением магнитного поля и приводящим к образованию длинного плазменного жгута в десятки и даже сотни тысяч километров. Количество энергии взрыва – от 10²³ Дж. Источник энергии вспышек отличается от источника энергии всего Солнца. Вспышки имеют электромагнитную природу. Энергия, излучаемая вспышкой в коротковолновой области спектра, переносится ультрафиолетовыми и рентгеновскими лучами. Излучение солнечных вспышек оказывает особенно сильное воздействие на верхние слои земной атмосферы и ионосферу. В результате этого происходит целый комплекс геофизических явлений на Земле.

Всего выделено 5 категорий (A, B, C, M, X). Кроме того, в каждой категории применяются число от 1 до 9.

Вспышки слабее класса М не представляют интереса, они практически не затрагивают Землю. Вспышки класса М уже могут вызвать перебои радиосвязи на полюсах. Наибольшую опасность представляют вспышки класса Х.

Информацию о вспышках можно получить также на сайте www.spaceweatherlive.com а также отследить их класс и количество в режиме реального времени.

3. Геомагнитные возмущения

Состояние магнитного поля Земли характеризуется индексами A и K. Они показывают величины магнитного и ионосферного возмущений. Индекс K показывает величину геомагнитной активности. Ежедневно, каждые 3 часа, начиная с 00:00 UTC, определяются максимальные отклонения значения индекса относительно значений для спокойного дня выбранной обсерватории, и выбирается наибольшая величина. На основании этих данных вычисляется значение индекса K. его нельзя усреднять для получения долгосрочной исторической картины состояния магнитного поля Земли. Для решения этой проблемы существует индекс A, который представляет собой дневное среднее. Вычисляется он довольно просто - каждое измерение индекса K, сделанное, как уже говорилось выше, с 3-х часовым интервалом, по таблице (ниже) преобразуется в эквивалентный индекс.

Можно сказать, что это – ответ Земли на активность Солнца.

Значения индекса A могут быть отличаться у разных обсерваторий, так как возмущения магнитного поля Земли могут носить локальный характер. Чтобы избежать разночтений, индексы A, полученные в разных обсерваториях, усредняются и в итоге получается глобальный индекс Ap.Точно так же получается значение индекса Kp - среднее значение всех индексов K, полученных в различных обсерваториях земного шара. Его значения между 0 и 1 характеризует спокойную геомагнитную обстановку, и это может указывать на наличие хороших условий прохождения на коротковолновых диапазонах при условии достаточно высокой интенсивности потока солнечного излучения. Значения между 2 и 4 указывают на умеренную или даже активную геомагнитную обстановку, что, вероятно, отрицательно повлияет на условия прохождении радиоволн.

Сигнал солнечной природы поступает к нашей планете с запаздыванием на 3-5 суток.

На практике индекс К учитывается для определения прохождения радиоволн.

0-1 Спокойная геомагнитная обстановка и хорошие условия для прохождения КВ

2-4 Умеренное возмущение, некоторые затруднения для прохождения КВ

5 -7 Серьезные помехи

8-9 прохождение волн невозможно

Информацию можно найти на вышеуказанных сайтах и отследить в режиме реального времени изменение данных ежедневно на сайте www.spaceweatherlive.com

4. Интенсивность излучения на волне 10, 7 см

Одной из величин, характеризующих солнечную активность, является интенсивность радиоизлучения Солнца на волне 10,7 см, которая также обладает примерно той же периодичностью, что и числа Вольфа. Многочисленные исследования показали, что вариации и этого, и многих других показателей с приемлемой точностью кореллируют с числами Вольфа. Интенсивность радиоизлучения на волне 10,7 см также используется для более точных количественных оценок. Информацию мы отслеживали на сайте www.spaceweatherlive.com

Цикличность солнечной активности

Солнечная активность обладает периодичностью. Максимумы и минимумы чередуются в среднем с периодом 11 лет. Это составляет так называемый 11-летний цикл солнечной активности, который сейчас рассматривается как половина более важного 22-летнего цикла, во время которого солнечное магнитное поле претерпевает двойное обращение – северный и южный полюса меняются местами и после этого возвращаются в первоначальное положение.

В периоды максимума солнечной активности, когда на Солнце бушуют ураганы протяженностью в десятки тысяч километров, его корона имеет «растрепанный» вид (слева). Искривленные лучи короны торчат во все стороны. В периоды минимума солнечной активности корона вытягивается вдоль солнечного экватора (справа).В настоящее время уровень солнечной активности достаточно низок. Если активность Солнца всё же возрастет, то только лишь с 2021 по 2022 годы.

Влияние солнечной активности на жизнь на Земле.

Первым это влияние начал исследовать А.Л.Чижевский в июне 1915 г. К тому времени стало ясно, что, например, «магнитные бури непрерывно нарушали движение телеграмм». Ученый заметил, что повышенная солнечная активность совпадает с кровопролитием на Земле - сразу после появления больших пятен на Солнце на многих фронтах Первой мировой усилились военные действия. Он первый обратил внимание на связь между увеличением солнечной активности и земными катаклизмами. Сейчас влияние солнечной активности на Землю изучается очень активно. Появились новые науки - гелиобиология, солнечно-земная физика, - которые исследуют взаимосвязь жизни на Земле, погоды, климата с проявлениями солнечной активности.Проблема влияния солнечной активности на погоду вызывает в настоящее время постоянно растущий интерес. Уже известно про то, как влияют выбросы солнечной плазмы на жизнедеятельность растений и животных, самочувствие людей на Земле, функционирование измерительных приборов, GPS и на здоровье космонавтов, находящихся на орбите. Даже существует гипотеза о связи с длиной солнечного цикла изменения уровня озера Байкал, изменения частоты ряда инфекционных заболеваний. Известно и о влиянии солнечной активности на психику человека: так, в периоды максимума этой активности возрастает количество случаев суицида, а также маниакально-депрессивного психоза, причем переход в маниакальную стадию происходит именно в эпохи высокой геомагнитной возмущенности. В психиатрической статистике тоже присутствуют одиннадцатилетние периоды. Многие исследователи утверждают, что в период солнечной активности социальные отношения людей претерпевают некоторые изменения, деформируются, при этом создаются предпосылки для дальнейших социальных преобразований - отмены крепостного права, проведения реформ, смена социально-экономического строя, меняющих жизнь миллионов людей.

Приведем в пример отрывок из книги Н.И. Конюхова, О.Н. Архиповой, Е.Н. Конюховой "Психоэкономика"о взаимосвязи солнечной активности (число Вольфа – количество пятен на Солнце) с количеством крестьянских выступлений перед отменой крепостного права:

"Солнечное излучение нарастало из года в год. В 1855 г. число Вольфа составляло только 4,32. Крестьянских волнений практически не было. 1862 г. число Вольфа было равно 59,1, в 1863 г. – 44. Волнения пошли на убыль.

Особенно не приходится сомневаться, глядя на эти цифры, в прямой зависимости количества волнений крестьян России перед отменой крепостного права от солнечной активности. Все русские революции (1905, 1917, 1991 годов) совпали с пиком солнечной активности, наибольшими за десятилетия.

Пики солнечной активности – это пики социальных протестов, революций. Социальные роли, которые были приняты в обществе до этого (устойчивые социальные динамические стереотипы) – сметались. Общество было готово принимать новые роли, начинать жить

Пики солнечной активности, между которыми происходят революции, так же отличаются событиями, позволяющими утверждать зависимость способности человека к изменениям своих динамических стереотипов, социальных ролей от солнечной активности."

Знакомясь с теорией вопроса, мы увидели в разных источниках большое количество кривых зависимости количества эпидемий, урожайности и пр. от некоторых параметров солнечной активности. Мы решили попробовать подтвердить данные, полученные в результате многолетних исследований о связи процессов, происходящих на Солнце и деятельности человеческих индивидуумов, построив кривую, отражающую статистику ДТП за определенный период времени и сравнить ее с изменением поведения Солнца в этот период. Интересно также проверить, существует ли связь между нашим светилом и нашим самочувствием. Иными словами, становимся ли мы все немного сумасшедшими, когда наше светило "творит чудеса"?

Глава 2. Экспериментальная часть 2.1 Описание эксперимента

В ходе эксперимента было предложено испытуемому вести дневник наблюдений, в котором ежедневно в течение 5 месяцев измерять кровяное давление и записывать величины систолического и диастолического давления в организме. Затем данные анализировались с целью установить связь между изменением давления и некоторыми показателями солнечной активности. Кроме того, мы предположили, что изменения в поведении Солнца, влияя на поведение каждого в отдельности человека, могут быть связаны, например, с количеством ДТП на дорогах России. Разумеется, данных кровяного давления одного испытуемого недостаточно для полноценного анализа, кроме того, на величину давления могут оказывать влияние иные факторы, поэтому мы можем делать лишь косвенные выводы. Количество же ДТП является несколько более объективной величиной. Для анализа же солнечной активности было решено взять следующие данные: количество солнечных пятен, вспышечную активность , значение Ар-индекса, радиоизлучение Солнца на волне 10,7 см.

2.2 Ход эксперимента

Изучив соответствующую литературу и ознакомившись с интернет-источниками для отслеживания необходимых данных, мы выбрали для анализа данные сайта www.SpaceWeatherLife.com

Здесь можно увидеть ежедневный мониторинг солнечной активности по всем показателям. Все результаты были тщательно выписаны (см. приложение 1) и представлены в виде графиков (см. приложение 2) зависимости указанных параметров от времени.

Следующий шаг – обработка результатов, полученных от испытуемого – данные измерения кровяного давления. Построение соответствующего графика и его анализ (см. приложение 3). Далее мы взяли для изучения ежедневную статистику ДТП по России, отражаемую на сайте www.stat-gibdd.ru и представили полученные данные в виде графика.

К сожалению, нам не удалось реализовать другую идею – получить информацию о количестве вызовов по скорой помощи за этот период и данные МВД о состоянии преступности в этот период времени (нам отказали при обращении в соответствующие инстанции).

После завершения этой части работы осталось выполнить корреляцию графиков и сделать выводы. В приложении к работе даны графики всех величин, выполненные на миллиметровой бумаге для повышения точности увеличения шага по времени.

2.3 Полученные результаты

Сравнивая графики вспышечной активности, количества пятен, радиоизлучения длиной волны 10,7 см и индексов, обращаем внимание на явное сходство кривых. Явно заметны всплески всех параметров в начале сентября, например, когда наблюдались вспышки класса выше С.

Кривая Ар - индекса запаздывает по отношению к трем остальным, что объяснимо, так как сигнал солнечной природы поступает к нашей планете с запаздыванием на 3-5 суток. Это говорит о том, что солнечная активность - комплекс взаимосвязанных друг с другом процессов.

Сравнивая кривые солнечных данных с графиком изменения давления испытуемого со временем(см. приложение 4), мы не увидели столь явной связи, какую нам бы хотелось увидеть для подтверждения нашей гипотезы. Результат вполне объясним. Эти данные слишком индивидуальны и, даже несмотря на корреляции на отдельных кривых (с помощью приложения Excel, нефункциональные зависимости, мы наблюдаем сходство кривых зависимостей давления и излучения длиной волны 10,7 см), они все-таки не могут быть взяты в качестве научного доказательства.

Сравнивая кривую ДТП с "кривыми солнечной активности"(см. приложение 4), можно отметить достаточно много совпадений всплесков максимумов и минимумов кривых ДТП и Ар- индекса. Но также имеется и определенное количество отклонений. Объясняется это, на наш взгляд, рядом субъективных и объективных факторов: дни недели, сезонность ДТП, которая объясняется состоянием дорог во время гололеда, например. Также мы наблюдаем явный всплеск в период новогодних праздников, не связанный, с солнечной активностью.

Выводы

Мы убедились в том, что солнечная активность - это целый комплекс взаимосвязанных друг с другом явлений, вызывающих ответную реакцию Земли на изменения, происходящие в недрах Солнца.

Гипотеза о влиянии солнечной активности на поведение человеческих индивидуумов нашла лишь частичное подтверждение. Полученный результат, разумеется, не может служить прямым доказательством этой связи, мы можем делать лишь косвенные предположения.

Заключение

Солнце становится все более ярким и жарким. За последние 90 лет активность его магнитного поля увеличилась более, чем вдвое, причем наибольший рост произошел за последние 30 лет. Сейчас ученые могут предсказывать солнечные вспышки, что дает возможность заблаговременно подготовиться к возможным сбоям в работе радио- и электросетей.

По мнению многих футурологов, приближающийся солнечный цикл должен стать в большой степени решающим во взаимоотношениях жителей Земли с космосом. Именно к середине XXI века уровень загрязнения окружающей среды и истощения природных запасов приблизится к критической отметке. Вряд ли человечеству удастся справиться с накопившимися проблемами только за счет планетарных ресурсов, и тогда без промышленного освоения космоса глобальный экономический коллапс станет неизбежным. А для такого освоения космоса следует знать, чего можно ждать от Солнца.

Практические приложения:

разработка методического пособия для уроков астрономии "Изучение солнечной активности"(см. приложение 5).

Список литературы

Ю.И.Витинский "Солнечная активность" Москва, Наука 1983

"Земля и Вселенная", сентябрь-октябрь 1993

Н.И. Конюхов, О.Н. Архипова, Е.Н. Конюхова "Психоэкономика", ДелиПлюс, электронная книга

Материалы научных сайтов:

ttp://femto.com.ua/articles/part_2/3747.html (Энциклопедия физики и техники)

www.stat-gibdd.ru (Статистика ДТП на дорогах РФ по данным ГИБДД)

www.tesis.lebedev.ru (Лаборатория рентгеновского излучения Солнца ФИАН)

www.spaceweatherlive.com (Вспышечная и авроральная активность Солнца в реальном времени)

Приложение 1

Приложение 2

Количество пятен

Ap-индекса

Класс вспышек

0 – Класс А0

1 – Класс A

2 – Класс B

3 – Класс C

4 – Класс M

5 – Класс X

Излучение на волне длиной 10,7 см

Приложение 3

Артериальное давление (верхнее и нижнее)

Статистика ДТП

Приложение 4

Приложение 5

Лабораторная работа

Изучение солнечной активности

Цель работы: изучение солнечной активности.

Материалы и оборудование:

фотоснимки Солнца, интернет-ресурсы;

https://www.spaceweatherlive.com/ru;

линейка, карандаш.

Ход работы:

Солнечная активность характеризуется различными факторами. Прежде всего, это количество солнечных пятен – областей с сильным магнитным полем и более низкой температурой. Сильное магнитное поле пятна подавляет конвективные течения, приносящие энергию из недр Солнца, и поэтому газ в центре пятна остывает, температура пятна на Солнце 4000 К –5000 К. Но полный поток энергии сохраняется, поэтому около пятна образуется яркий ореол с более высокой температурой, чем 6000 К. Солнечная активность характеризуется также солнечными вспышками, протуберанцами, корональными дырами.

Задание 1. Выпишите следующие показатели солнечной активности за период 1 по 30 сентября 2017 года:

а) вспышечная активность;

б) количество пятен;

в) излучение на волне длиной 10,7 см.

Задание 2. Постройте график зависимости их от времени

Задание 3. Отметьте дни наибольшей солнечной активности на графике. Сравните со значениями геомагнитной активности на земле и сделайте вывод

Задание 4. Определите размер наибольшего солнечного пятна, изображённого на рисунке. Сравните размеры пятна с размерами Земли

Пусть d и dn — диаметр солнечного диска и солнечного пятна на фотографии соответсвенно, тогда

Dn = (D/d)*dn

где D — диаметр Солнца, Dn — реальный диаметр солнечного пятна. Произведя расчёты, получим: d = 50 мм и dn = 2 мм. Реальный диаметр Солнца равен 1 392 000 км, значит диаметр пятна равен 128 000 км — 4,4 диаметра Земли.

Заполнить таблицу отчета.

Сделайте выводы.

Ответьте на вопросы:

1. Какие процессы на Солнце происходят в периоды его наибольшей активности?

2. Дайте определения следующим понятиям

а) пятно –

б) факел –

в) вспышка –

г) протуберанец –

3. Какое значение имеет изучение солнечной активности?

Приложение 5