教育-太阳对地球的影响

1、太阳对地球的影响,教育,太阳是一个巨大炽热的气体球，主要成分是氢和氦，表面温度约为6000K 。,太阳源源不断地以电磁波的形式向四周放射能量，这称为太阳辐射。,在日地平均距离条件下，在地球大气上界，垂直于太阳光线的1平方厘米面积上，1分钟接受到的太阳辐射能量，称为太阳常数。,据计算，每分钟太阳辐射向地球输送的能量，大约相当于燃烧4亿吨烟煤产生的热量。这仅仅是太阳辐射总能量的二十二亿分之一。,太阳辐射,太阳活动是太阳大气层里一切活动现象的总称。主要有太阳黑子、光斑、谱斑、耀斑、日珥和日冕瞬变事件等。由太阳大气中的电磁过程引起。时烈时弱，平均以11、22年为周期。处于活动剧烈期的太阳(称为“扰动太

2、阳”)辐射出大量紫外线、x射线、粒子流和强射电波，因而往往引起地球上极光、磁暴和电离层扰动等现象。,太阳靠什么发光发热产生能量？,4H,He+能量,核聚变反应：,数据：（400万吨/秒50亿年）太阳本体=0.03%,结论：太阳能是取之不尽，用之不竭的洁净能源。,太阳表面温度6000K,一.太阳辐射与地球,早在公元前140年左右，人类就开始有了对太阳黑子的目测记录，只是当时人们并不知道那代表的是什么。直到一百多年前，英国人卡灵顿观测到一个黑子区的大爆发并将它记录下来，太阳黑子的神秘面纱才逐渐被揭开。由此，科学家们开始真正地研究起黑子来，并发现了其平均活动周期为11年。太阳活动变化的最长久纪录是太

3、阳黑子的变化。太阳黑子的第一次纪录大约是在西元前800年前的中国，最老的描绘纪录约在西元1128年。在1610年，天文学家开始用望远镜纪录黑子和它们的运动，最初的研究聚焦于本质和行为。然而，黑子的物理性质直到20世纪能位被辨认，所以观测还在持续中。在17世纪和18世纪，由于黑子的数目偏低，使得研究受到了阻碍，而现在认为是太阳活动低潮被延长的一段期间，如同所知的蒙德极小期。在19世纪之前，已经有足够长的数值纪录可以推断黑子活动的周期性。在1845年，普林斯敦大学的教授约瑟夫亨利和史蒂芬亚历山大使用热电堆观测太阳，并且确认黑子的辐射比周围地区的太阳表面为低;稍后又观测到太阳的光斑发射出的辐射高于平

4、均数值。大约在1900年，研究人员开始探索太阳活动和地球上天气间的关联性，特别值得注意的是查尔斯格里利阿布特的工作，因为他在史密松宁天文物理观测所(SAO)领导观察太阳辐射的变化。它的团队必 太阳活动须从发明测量太阳辐射的仪器开始，之后，当他成为SAO的领导人时，他在智利的卡拉玛建立太阳观测站，以补威尔逊山天文台在数据资料上的不足。他在273个月的海耳周期中找出了27个谐波的周期，包括7、13、和39个月的模式。他通过城市各个月的天气纪录，像是温度变化与降雨量与太阳活动匹配或反对太阳活动的趋势，寻找天气间的关联性。随着树龄学的发展，像是沃尔多S.葛洛克等科学家注意到树木的生长和现存纪录上太阳活

5、动周期之间的关联性，并且以长达世纪的太阳常数变化，推论千年尺度的年代学也有相似的变化。统计学上的研究显示天气和气候与太阳活动的关联是世纪性的，数据回推至1801年，当威廉赫歇尔注意到麦子的价格和黑子纪录之间有明显的关联性。他们现在以来自表面的网络收集和气象卫星观察的数据作全球性高度密集的比对，以综合或观察研究太阳变异的作用如何通过地球气候系统散布的详细过程，并且/或强迫建立气候模型。,你能从图中获得哪些信息？,紫 蓝 青 绿 黄 橙 赤,你能从图中获得哪些信息？,活动,P12:计算:不考虑地球大气的作用,每小时到达地球表面的太阳辐射表面的太阳辐射相当于多少度电?,3.14*(6372)2=12

6、7411466平方千米=1.274*1018平方厘米 1.274*1018*8.24*60=6.3*1020焦 1度=3.6*106焦 6.3*1020/(3.6*106)=1.75*1014度 每小时到达地球表面的太阳辐射相当于1.75*1014度,热带雨林带,亚热带常绿阔叶林带,温带针阔混交林带,亚寒带针叶林带,寒带苔原带,太阳辐射由赤道向两极递减，在不同的纬度带形成不同的植物带,极地,赤道,热量递减,太阳辐射的经纬度差异,赤道热量盈余,热量 输送,大气环流,大洋环流,地理环境的 形成和变化,两极热量亏损,太阳辐射对地理环境的形成和变化的影响,不同纬度的热量差异,生物的生长,太阳辐射为地球

7、提供能量,地球表面大气运动,地球表面大气运动,水的运动,石油, ,煤,太阳灶,太 阳 能,风 能,生 物 能,水 能,波浪能等,化石燃料,水 电 等,大气运动,光合作用,水循环,海水运动,地质作用,水电等,太阳辐射对人类生产和生活的影响,温室农业,太阳黑子是太阳强烈的磁场活动抑制了对流的作用，因而使得于表面温度相对较低、颜色较暗的区域。黑点的数量关联到太阳辐射的强度，在1980年代，以阿布特、Foukal等人(1977年)意识到辐射的增加值与黑子的关联性，只依据一颗卫星的观测，估计其变异是很小的(只有1 W/m2的等级或总量的0.1%)。雨云7号(在1978年10月25日发射)和太阳极大期任务

8、卫星(1980年2月14日发射)查出，因为围绕黑子周围的区域更加明亮，整体的作用是越多的黑点意味着太阳越明亮。曾有一些建议认为太阳直径的变化也许会导致输出的改变，但是最近的工作，主要是SOHO的米契森多普勒影像仪，显示这种变化量极为微小，大约只有0.001%(Dziembowski et al太阳活动., 2001)。各种各样的研究都应用了黑子数目来进行(因为这项纪录已延续了数百年)做为其他太阳输出活动的代理(因为最好的也只有数十年的观测资料)，同样的，地面仪器与在轨道极高高度上的仪器之间也做了比对和较准。研究人员结合目前的数据和调整历史上的数据，其他代理的资料- 像是宇宙射线产生的同位素-被

9、用来推断太阳磁场的活动和可能的亮度。太阳黑子的活动已经使用沃夫数测量了300年之久，这个索引(也称为苏黎世数)使用黑子的数量和群组数量两者补偿在测量上的变化。芬兰Oulu大学的Ilya Usoskin在2003年的研究指出，黑子的活动从1940年代开始比过去的1150年都要频繁。重建太阳黑子的11,400年活动期间，在8,000年前曾经有明显的活跃期。透过树龄学使用放射性碳的浓度变化，已经重建了11,400年的黑子数目。在过去70年的太阳活动水平似乎是异常的，而相似的巨大变化最后一次大约发生在8,000年前。太阳的磁性活动较过去的11,400年高出了大约10%，并且早期的高活动性期间都比现在的

10、事件要短。,活动,P13大棚农业,讨论:赤峰南山南侧地区为什么能实行大面积的大棚农业?,地球大气层在太阳辐射的紫外线、X射线等作用下形成电离层，无线电通讯的无线电波就是靠电离层的反射向远距离传播的。当太阳活动剧烈，特别是耀斑爆发时，在向阳的半球，太阳射来的强X射线、紫外线等，使电离层D层变厚，造成靠D层反射的长波增强，而靠E层、F层反射的短波却在穿过时被D层强烈吸收受到衰减甚至中断，如l970年11月5日长途台曾因此中断2小时;这被称为“电离层突然骚扰”。这些反应几乎与大耀斑的爆发同时出现，因为电磁波的传播速度就是光速，大约8分多钟即可由太阳到达地球表面，所以反应非常快。经过一段肘间以后耀斑产

11、生的带电的高能粒子逐渐到达地球，它们受地球磁场的作用向地磁极两极运动，因而影响极区的电离层，造成高纬度地区的雷达和无线电通讯的骚扰，甚至中断。这被称为“极盖吸收”和“极光带吸收”，它的影响时间较长。整个地球是一个大磁场。地球的北极是地磁场的磁南极，地球的南极是地磁场的磁北极。地极和磁极之间有大约11度的夹角，因此地球的周围充满了磁力线，不同的位置有不同的地磁强度。平时地磁受多方面的影响，会有不同程度的扰动，而影响最大的就是磁暴现象。磁暴一般发生在太阳耀斑爆发后20-40小时，它是地磁场的强烈扰动，磁场强度可以变化很大。这时太阳风速往往增加，并且向太阳一面的磁层顶面可由距地心8-11个地球半径被

12、压缩到5-7个地球半径，磁暴的发生对人类活动，特别对与地磁有关的工作都会受到影响。,二.太阳活动与地球,1.太阳的结构,2.太阳活动主要有哪些类型？,太阳活动的现象:太阳黑子,耀斑,日珥和太阳风,光球层的黑子,光球层的黑子,太阳黑子的多少和大小可作为太阳活动强弱的标志(周期为11年),太阳黑子,色球层的日珥和耀斑,耀斑爆发是太阳活动最激烈的显示,日冕-日全食日能见到,日冕层,太阳风,太阳风-日冕层,耀斑爆发时太阳风格外强烈,5060N，太阳黑子多少与降水量的多少有时成正相关，有时成负相关,6070N，太阳黑子多少与降水量的多少成负相关,7080N，太阳黑子多少与降水量的多少成正相关,太阳活动与

13、旱涝的关系,1试着总结太阳活动与旱涝的关系。 2研究太阳活动与旱涝的关系有什么意义？,案例研究：,太阳活动对地球的影响：,1）影响地球上的气候;,2）扰乱地球上空的电离层，使无线电短波通讯受影响甚至中断;,3）对地球磁场有影响，产生磁暴现象;,4）两极地区出现极光。,地理趣味记忆法,太阳辐射能,拧成三股绳.穿过大气层,拨动水和风. 植物靠它长,人类靠它生.太阳不稳定,时常有活动. 光球有黑子,色球耀斑强.活动剧烈时,地球受影响. 先是气候变,还能扰磁场.干扰电离层,短波受影响. 太阳风一吹,极空现极光.,探索：太阳黑子活动与年降水量变化的关系,下图表示北半球三个不同纬度带的降水量变化和太阳黑子

14、的相关性。分析回答：,1不同纬度带的降水量与黑子相对数之间，有怎样的相关性？ 12测站 ； 22测站 ； 36测站 。,2太阳黑子和降水量年际变化的周期大约为 年。,读“太阳大气结构示意图”，回答问题。,（1）太阳的大气层名称是 A ， B ， C 。,（2）太阳活动的主要类型是 ，其变化的周期为 年，它的多少和大小可以作为太阳活动强弱的主要标志；是 ，它是太阳活动最激烈的显示。,日冕,色球,光球,太阳黑子,11,耀斑,（3） 请用3个以上实例说明太阳活动对地球的影响： ； ； 。 （4）如何将太阳活动可能造成的不利影响减少到最低程度？ 。,对气候的影响,（如太阳黑子与年降水量有相关性）,扰动

15、地球的电离层,（导致无线电短波通讯衰减或中断）,对地球磁场的影响,（产生“磁暴”现象）,加强对太阳活动的观测和预报,太阳表面新形成的巨大黑子群和大耀斑，喷射出的大量气体、电磁波和带电粒子，会以每小时300万千米以上的速度向宇宙空间喷射，形成太阳风暴。有人形象地把太阳风暴比喻为“太阳打喷嚏”。 太阳风暴的电磁波进入地球电离层，会使地球无线电短波通信受到影响、通讯设施受损。据报到，2003年10月23日到11月5日，太阳风暴连续多次袭击地球。亚洲、欧洲、美洲的许多国家的短波通信受到干扰，通信设施受损。例如，日本一颗通信卫星信号中断，一颗环境监测卫星已经无法恢复使用。,大耀斑出现时射出的高能量质子，

16、对航天活动有极大的破坏性。高能质子达到地球附近肘，特别是容易到达无辐射带保护的极区，会影响极区飞行;如遇卫星则对卫星上的仪器设备有破坏作用;太阳能电地在高能质子的轰击下，性能会严重衰退以至不能工作;如遇在飞船外工作的宇航员将危及生命。太阳活动达到高峰时，地球上太平洋热带及亚热带地区气温升高、海水加速蒸发、西太平洋热带海域的降雨增多，而与此同时，东太平洋热带海域气温降低，这一现象类似于拉尼娜现象。在接下来的一两年中，这一现象又在太阳活动的作用下逐渐演变为一种类似于厄尔尼诺的现象，缓慢移动的洋流带来温暖的海水，取代了东太平洋热带海域温度较低的海水。总的说来，太阳对地球的影响主要体现在四个方面：1.

17、扰动地球上空电离层，影响无线电短波通信;2.扰动地球磁场，产生“磁暴”现象;3.作用于两极高空大气，产生极光;4.影响地球自然环境，产生自然灾害。,整个地球是一个大磁场。地球的北极是地磁场的磁南极，地球的南极是地磁场的磁北极。地极和磁极之间有大约11度的夹角，因此地球的周围充满了磁力线，不同的位置有不同的地磁强度。平时地磁受多方面的影响，会有不同程度的扰动，而影响最大的就是磁暴现象。太阳大气抛出的带电粒子流，能使地球磁场受到扰动，产生“磁暴”现象，使磁针剧烈颤动，不能正确指示方向。当太阳上黑子和耀斑增多时，发出的强烈射电会扰乱地球上空的电离层，使地面的无线电短波通讯受到影响，甚至会出现短暂的中

18、断。磁暴一般发生在太阳耀斑爆发后20-40小时，它是地磁场的强烈扰动，磁场强度可以变化很大。这时太阳风速往往增加，并且向太阳一面的磁层顶面可由距地心8-11个地球半径被压缩到5-7个地球半径，磁暴的发生对人类活动，特别对与地磁有关的工作都会受到影响。它会使罗盘磁针摇摆，不能正确指示方向，影响到海上航行之船、空中飞行之机、甚至信鸽的飞翔。在磁暴发生时，高纬度地区常常伴有极光出现。极光常常出现于纬度靠近地磁极地区25度-30度的上空，离地面100-300千米，它是大气中的彩色发光现象，形状不一。常出现极光的区域称为极光区。由于来自太阳活动区的带电高能粒子流到达地球，并在磁场作用下奔向极区，使极区高层大气分子或原子激发或