Univerza v Ljubljani

 

Fakulteta za gradbeništvo in geodezijo

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Seminarska naloga pri predmetu

FIZIKA II

 

 

POLARNI SIJ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Pripravila: Urša Kanjir in Gregor Stavbar

NEKOČ

 

Severni sij je zbujal zanimanje že od nekdaj. Na severu se pojavi skoraj vsako noč in na Norveškem, Finskem in Danskem so ga razlagali dokaj vsakdanje kot odsev ribjih jat, ki se bližajo obali, labodov, ki letijo proti severu, ali kožuha lisic iz laponskih gora. V severni Evropi je mnogo redkejši in je skupaj s kometi veljal za znanilca vojn in nesreč. Na jugu je še redkejši, pojasnjevali pa so ga na manj  vsakdanje načine.

 

 

KAJ JE POLARNI SIJ?

 

Če oblaki električnih delcev, ki se sproščajo ob Sončevih izbruhih, dosežejo Zemljo, na nebu ustvarijo čudovito zaveso migljajoče svetlobe, ki se v polrnih območjih kaže kot severni (aurora borealis) in južni (aurora australis) polarni sij.

 

 

Slika 1: Polarni sij – zavese ( draperija )

 

Vendar vse ni tako enostavno. Današnja slika ni tako preprosta. Polarni sij je eden izmed pojavov, ki nastanejo v zapletenem delovanju Sonca in Zemlje.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

POJAVI NA SONCU

 

Okvirček za besedilo:  Sonce je navadna zvezda, ena od 100 milijard zvezd v naši galaksiji. Je daleč največji objekt v sončnem sistemu. Vsebuje več kot 99,8% vse mase Sončnega sistema. Trenutno je iz 75% vodika in 25% helija. Po masi je to 92.1% vodika in 7.8% helija po številu atomov. Vse ostalo so kovine in sicer 0.1%. Ti deleži se počasi spreminjajo s časom, ko se vodik  v jedru spreminja v helij. Zunanje plasti sonca se različno rotirajo. Na ekvatorju se površina zavrti okoli osi v 25.4 dneh, pri polih pa v 36 dneh. Različnost rotacije se pozna tudi v notranjosti, vendar se jedro vrti kot trdno telo. Sonce proizvede vsako sekundo 386 milijard megawattov energije z jedrsko fuzijo. Pri neverjetni temperaturi v središču Sonca delci atomov švigajo naokrog z veliko hitrostjo in pogosto trčijo drug ob drugega. Običajno se ne zgodi nič. Včasih pa se dva protona zaletita tako močno da se zlepita in se spremenita v protonsko-nevtronski par (1 na sliki). Izločita se še dva delca: droben nevtrino, ki nima mase in električnega naboja, a nosi energijo in pozitron, ki je podoben elektronu, le da je pozitivno naelektren. Protonsko-nevtronski par se nato združi s še enim protonom in tako oblikuje jedro lahkega helija, ki ima namesto dveh samo en nevtron (2 na sliki). Nato trčita še dve jedri lahkega helija, pri čemer nastane stabilno helijevo jedro (3 na sliki). Dva odvečna protona se izgubita.

 

 

 

 

 

 

                                                    Slika 2: Jedrska fuzija

 

Okvirček za besedilo:  
     Slika 2: Sončna korona
Površina Sonca, imenovana fotosfera, ima temperaturo okoli 5800 K. Sončne pege so »hladna« območja, okoli 3800 K (temne so videti samo v primerjavi z okoliškimi območji). Lahko so zelo velike, tudi do 50.000 km v premeru. Majhno območje, imenovano kromosfera leži nad fotosfero. Zelo zredčeno območje nad kromosfero, imenovano korona, se razteza milijone kilometrov v vesolje, vendar je vidno samo ob mrkih (slika desno). Temperature v koroni so preko 1.000.000 K.

Sonce poleg svetlobe in toplote oddaja tudi redek tok nabitih delcev (največ elektronov in protonov), imenovanih SONČNI VETER, ki je posledica sončevih izbruhov. V nekaj sekundah izbrizgnejo več energije kot so jo doslej proizvedle vse elektrarne na svetu. 

 

 

 

 

ROJSTVO POLARNEGA SIJA

 

Sončni veter je tok plazme, plina naelektrenih delcev, v katerem naboj negativnih elektronov izravna naboj pozitivnih ionov, predvsem protonov, to je vodikovih atomskih jeder. Hitrost sončnega vetra se spreminja. Največja je iz delov Sonca brez peg, t.i. koronskih lukenj, ki lahko trajajo eno leto in več. Ob sončnih pegah je hitrost nekoliko manjša. Vendar velike skupine sončnih peg spremljajo sončne bakle, zato se zdi, da je severni sij vezan neposredno na sončne pege. Bakle so velikanski izbruhi na sončevem površju, ki povzročajo motnje in te kot udarni valovi s povečano gostoto magnetnega polja in povečano hitrostjo plazme potujejo po sončnem vetru.

Zemljo obdaja njeno lastno magnetno polje, ki jo ščiti pred energetskimi nabitimi delci, ki prihajajo s Sonca. Tem delcem pravimo sončni veter. V sončnem vetru se v kubičnem centimetru gibljejo od Sonca trije do štirje elektroni in prav toliko protonov s hitrostjo od 500 do 700 km/s. Pomembno je tudi opozoriti, da sončni veter ni statična tvorba, temveč je nenehno spreminjajoče se morje nabitih delcev in magnetnih polj.

Zemlja bi imela magnetno polje paličastega magneta, če ne bi bilo sončnega vetra. Sončni veter je sicer električno nevtralen, saj vsebuje enako število elektronov in ionov, a zaradi sorazmerno velikega števila prostih nabitih delcev zlahka prevaja električni tok in močno interagira z magnetnim poljem. Magnetno polje in sončni veter delujeta drug na drugega, skupaj tvorita magnetosfero. Njena meja, magnetopavza, je na strani Sonca približno deset zemeljskih radijev oddaljena od središča Zemlje ( zemeljski radij je 6370 km ). Počez meri 40 do 60 zemeljskih radijev in se na strani od Sonca proč nadaljuje v magnetni rep do razdalje 1000 in več zemeljskih radijev.

 

Slika 4: Zemlja kot paličast magnet.

 
see caption

 

                                                                                               Slika 5: Magnetne silnice zaradi vpliva sončnega vetra.

 

Nekako 10 Zemljinih radijev od središča Zemlje trči sončni veter ob magnetni ščit Zemlje. Magnetno polje Zemlje predstavlja mehko oviro za sončni veter, tako da se oblika magnetnega polja nenehno spreminja skladno pač s spreminjanjem intenzitete sončnega vetra. Kljub temu pa magnetno polje Zemlje predstavlja izredno učinkovit ščit, saj prepusti le približno 0.1% energije sončnega vetra in le okoli 10% električnega polja v sončnem vetru.   Plazma skoraj ne prodre znotraj magnetopavze v magnetosfero. Magnetosfera tudi ni sferične oblike, kot bi morda sklepali iz imena, temveč se na strani, ki je obrnjene proti Soncu splošči, proti nočni strani pa raztegne v magnetni rep (slika 5). Magnetni rep sestavljata dve polovici (režnja) z nasprotno usmerjenim magnetnim poljem in vmesna nevtralna (tokovna) plast plazme. Magnetno polje v južni polovici magnetnega repa je usmerjeno stran od Zemlje, v gornji polovici pa proti Zemlji. V sončnem vetru ni magnetnega polja, saj je le to, tako imenovano interplanetarno magnetno polje (Interplanetary Magnetic Field – IMF) mnogo šibkejše od zemeljskega.

 

Slika 6: Na sliki je prikazana  nevtralna silnica.

 






-        Pečar, B., Skale, P.. 2001. Atmosfersko plimovanje na modelu meteorskega roja

http://www.ro.zrsss.si/maja/razisdej/naloge/ astro/atmPlim/atmPlim.htm