Как работает и греет Солнце
Солнце — главный источник энергии на Земле. Без него невозможным было бы существование жизни. И хотя все буквально вертится вокруг Солнца, мы очень редко задумываемся над тем, как работает наша звезда.
Структура Солнца
Чтобы понять, как работает Солнце, сначала нужно разобраться в его структуре.
- Ядро.
- Зона лучистого переноса.
- Конвективная зона.
- Атмосфера: фотосфера, хромосфера, корона, солнечный ветер.
Диаметр солнечного ядра составляет 150—175 000 км, около 20—25% солнечного радиуса. Температура ядра достигает 14 млн градусов по Кельвину. Внутри постоянно происходят термоядерные реакции с образованием гелия. Именно в ядре в результате данной реакции выделяется энергия, а так же тепло. Остальная часть Солнца нагрета этой энергией, она проходит сквозь все слои до фотосферы.
Зона лучистого переноса находится над ядром. Энергия переносится с помощью излучения фотонов и их поглощения. 
Над зоной лучистого переноса находится конвективная зона. Здесь перенос энергии осуществляется не переизлучением, а переносом вещества. С высокой скоростью более холодное вещество фотосферы проникает в конвективную зону, а излучение из зоны лучистого переноса поднимается на поверхность — это и есть конвекция.
Фотосфера — это видимая поверхность Солнца. Из этого слоя исходит большая часть видимого излучения. В фотосферу уже не проникает излучение более глубоких слоев. Средняя температура слоя достигает 5778 К.
Хромосфера окружает фотосферу, она имеет красноватый оттенок. Из поверхности хромосферы постоянно происходят выбросы — спикулы.
Последняя внешняя оболочка нашей звезды — корона, состоящая из энергетических извержений и протуберанцев, образующих солнечный ветер, распространяющийся к самым дальним уголкам солнечной системы. Средняя температура короны — 1—2 млн К, но есть участки с 20 млн К.
Солнечный ветер — это поток ионизированных частиц, распространяющийся до границ гелиосферы со скоростью около 400 км/с. Многие явления на Земле связаны с солнечным ветром, например, полярное сияние и магнитные бури.
Солнечное излучение
Плазма Солнца обладает высокой электропроводностью, что способствует появлению электрических токов и магнитных полей.
Солнце — самый сильный излучатель электромагнитных волн в мире, который дает нам:
- ультрафиолетовые лучи;
- видимый свет — 44% солнечной энергии (преимущественно желто-зеленый спектр);
- инфракрасные лучи — 48%;
- рентгеновское излучение;
- радиационное излучение.
Лишь 8% энергии отводится на ультрафиолетовое, рентгеновское и радиационное излучение. Видимый свет расположен между лучами инфракрасного и ультрафиолетового спектра.
Также Солнце является мощным источником радиоволн нетепловой природы. Помимо всевозможных электромагнитных лучей излучается постоянный поток частиц: электронов, протонов, нейтрино и так далее.
Все виды излучения оказывают свое влияние Землю. Именно это влияние мы ощущаем.
Воздействие УФ лучей
Ультрафиолетовые лучи воздействуют на Землю и все живые существа. Благодаря им существует озоновый слой, так как УФ-лучи разрушают кислород, который модифицируется в озон. Магнитное поле Земли в свою очередь формирует озоновый слой, который, как ни парадоксально, ослабляет силу воздействия УФ.
На живые организмы и окружающую среду ультрафиолет влияет многогранно:
- способствует выработке витамина D;
- обладает антисептическими свойствами;
- вызывает появление загара;
- усиливает работу кроветворных органов;
- повышает свертываемость крови;
- увеличивается щелочной резерв;
- дезинфицирует поверхности предметов и жидкости;
- стимулирует обменные процессы.
Именно ультрафиолетовое излучение способствует самоочищению атмосферы, устраняет смог, частицы дыма и пыли.
В зависимости от широты сила воздействия УФ излучения сильно изменяется. 
Воздействие ИК лучей: почему и как Солнце греет
Все тепло на Земле — это инфракрасные лучи, которые появляются благодаря термоядерному синтезу водорода с образованием гелия. Эта реакция сопровождается огромным выбросом лучистой энергии. До земли доходит порядка 1000 Ватт на квадратный метр. Именно за это ИК излучение очень часто называют тепловым.
Удивительно, но Земля выступает в роли инфракрасного излучателя. Планета, а также облака поглощают ИК лучи, а затем переизлучают эту энергию обратно в атмосферу. Такие вещества как водяной пар, капли воды, метан, диоксид углерода, азот, некоторые соединения фтора и серы излучают ИК лучи во всех направлениях. Именно благодаря этому имеет место парниковый эффект, который поддерживает поверхность Земли в постоянно подогретом состоянии.
Инфракрасные лучи не только нагревают поверхности предметов и живых существ, но и оказывают другое влияние:
- обеззараживают;
- улучшают метаболизм;
- стимулируют кровообращение;
- снимают болевые ощущения;
- нормализуют водно-солевой баланс;
- укрепляют иммунитет.
Почему зимой Солнце греет слабо
Так как Земля вращается вокруг Солнца с некоторым наклоном оси, в разное время года происходит отклонение полюсов. В первой половине года Северный полюс повернут к Солнцу, в во второй — Южный. Соответственно, меняется угол воздействия солнечной энергии, а также мощность.
То полушарие, которое повернуто к Солнцу, получает больше электромагнитных и других лучей, нагревается сильнее — наступает лето. Полушарие, которое отвернуто от солнца получает падающие вскользь лучи — наступает зима. Из-за измененного угла падения поверхность и атмосфера прогреваются слабее. 
Из-за изменения угла наклона зимой Солнце проходится низко над горизонтом. Соответственно, его лучи проходят длинный путь сквозь атмосферу. Зимой тепловая энергия растрачивается сильнее, за счет того что инфракрасные лучи встречают на своем пути и обогревают в 4-6 раз больше воздуха. До поверхности планеты доходит значительно меньше тепла, поэтому кажется, что Солнце почти не греет.
Так как прозрачность воздуха достаточно высока, видимая часть солнечного излучения доходит в любое время года практически в неизменном количестве.
Источник
ЧИТАТЬ КНИГУ ОНЛАЙН: Погода
НАСТРОЙКИ.
СОДЕРЖАНИЕ.
СОДЕРЖАНИЕ
Погода играет огромную роль в жизни каждого человека. Эта книга серии «ЧТО ЕСТЬ ЧТО» отвечает на многие вопросы из той области знания, в которой до сих пор остается немало загадок. Здесь рассказывается, как солнце, воздух и вода, взаимодействуя тысячами различных способов, создают погоду, которая никогда в точности не повторяется и все же имеет много сходных черт. Книга объясняет, как метеорологи составляют прогноз погоды и как сегодня в этом им помогают компьютеры и искусственные спутники Земли.
Читатель узнает, как образуются дождь, туман, снег, как классифицируют облака, отчего бывает гроза, почему происходит смена времен года, как разнообразна погода на нашей планете и какой она была прежде, что такое климатические зоны, как можно заранее узнать о грозящих наводнениях и ураганах. Если искать ответы на все эти вопросы, то загадки погоды предстанут увлекательнейшей задачей, которую юный читатель сможет решать с помощью собственных наблюдений. Проводя несложные опыты, он научится понимать, как наука раскрывает тайны погоды.
Фотография, сделанная в инфракрасных лучах метеорологическим спутником НОАА-9 6 августа 1986 г. На ней виден ярко выраженный штормовой циклон над Англией.
Одним из четырех времен года является весна. В Северном полушарии это март, апрель и май.
Лето — самое теплое и светлое время года. Летние месяцы у нас — июнь, июль и август.
Осенью дни короче, становится прохладнее. В Северном полушарии это сентябрь, октябрь и ноябрь.
Зима самое холодное и темное время года. У нас зима приходится на декабрь, январь и февраль.
Что определяет погоду?
Как это получается, что на Земле существуют различные времена года, области с таким разным климатом, а на Луне нет ни того, ни другого? Ответ прост: все зависит от погоды. Облака, ветер, дождь и снег, жара и холод — от них зависит погода, какой мы ее воспринимаем. У всего этого есть три главные причины. Если мы все узнаем о них, то поймем, как они влияют на погоду. Без них она просто не существовала бы. Первая причина — солнце. Оно дает нам свет, тепло и энергию.
Вторая — воздух. Он, словно оболочка, окутывает нашу планету. Мы живем в нем, как рыбы в воде.
Третья причина — вода. Вода везде — в морях и океанах, в озерах и прудах, в облаках и в самом воздухе.
Почему на Луне нет погоды?
Луну, как и Землю, освещает и согревает солнце, Но на ней не бывает облаков, не выпадают ни дожди, ни снег. Почему? Потому что на Луне, в отличие от Земли, нет воздушной оболочки — атмосферы. А без нее не бывает погоды.
На Луне нет ни воды, ни воздуха. Поэтому здесь, в отличие от Земли, не может быть никакой погоды.
Без воздуха нет погоды
Занимает ли воздух место?
Воздух для нас — это нечто само собой разумеющееся, как день или ночь. Он повсюду и действительно существует, даже если и невидим. Если он движется, мы ощущаем его как ветер. Однако представить себе нечто невидимое трудно. Как можно доказать наличие воздуха? С помощью несложного опыта: если в миску с водой погрузить донышком вверх стакан и нажать на него, то мы увидим, что вода в него не проникает. Почему? «Пустой» стакан на самом деле не пуст, он наполнен воздухом. Вода может попасть внутрь только тогда, когда мы станем погружать его в наклонном положении, позволяя воде вытеснять воздух.
Воздух занимает на Земле все свободное пространство. Например, если погрузить в воду пустой стакан донышком вверх, то вода в нем не поднимается — ее не пускает воздух.
Можно ли поймать воздух?
Если ощупать надутый воздушный шарик, футбольный мяч или накачанную насосом велосипедную шину, то рука почувствует упругую плотность. Поскольку внутри только воздух, то это именно он и есть! В оболочке шарика можно, слегка нажав ее пальцем, сделать вмятинку, но она тут же исчезнет, как только мы уберем палец; ее заполнит воздух. Он есть всюду, как камни или вода.
Воздух можно пощупать: если держишь в руках надутый воздушный шарик, то ощущаешь воздух, которым он наполнен.
Есть ли у воздуха вес?
С помощью другого опыта можно доказать, что воздух что—то весит. На середине палки длиной сантиметров в шестьдесят укрепим веревочку, а к обоим ее концам привяжем два одинаковых воздушных
Вы можете отметить интересные вам фрагменты текста, которые будут доступны по уникальной ссылке в адресной строке браузера.
Источник
Основы метеорологии для яхтсменов
Выходить в море на яхте, не задумываясь о прогнозе погоды, может быть небезопасной идеей. Для тех, кто только начинает свой путь в мир яхтинга, мы подготовили небольшой ликбез о характере ветра и о том, как узнать о надвигающемся шторме по облакам.
Как появляется ветер
Прежде чем говорить о ветре, нам нужно познакомиться с понятием воздушная масса . Так называют большой объем воздуха толщиной в несколько километров с примерно одинаковой температурой и влажностью. По горизонтали воздушная масса распространяется на несколько тысяч километров.
Законы физики устроены так, что изменения давления и температуры в газах тесно взаимосвязаны. В зонах, где воздух нагрет сильнее, давление ниже. И наоборот. Воздушные массы всегда стремятся переместиться из областей с более высоким давлением в области с более низким. Это движение воздуха относительно земной поверхности мы и называем ветром .
Куда дует ветер
На карте точки, где зафиксировано одинаковое атмосферное давление, соединяют линиями — изобарами . Воздух стремится перемещаться в зону пониженного давления по наиболее короткому пути — под прямым углом к изобаре. Этот перпендикуляр называется нормалью .
Перепад давления — единственное, что придает воздуху ускорение. Чем быстрее меняется давление от места к месту, тем больше скорость ветра. Все другие силы, например, трение — только снижают скорость ветра и/или меняют его направление.
Ветер был бы направлен просто перпендикулярно к изобаре, если бы Земля не была шарообразной и не вращалась вокруг своей оси. Однако это не так, и на все движущиеся объекты, в том числе на ветер, действует так называемая сила Кориолиса .
Это одна из самых заметных сил, которая влияет на направление движения воздушных масс. Она отклоняет ветер от нормали на некоторый угол. В северном полушарии воздух закручивается по часовой стрелке (вправо), а в южном — против часовой стрелки (влево) относительно направления движения.
Так как над морем трение воздуха о поверхность меньше, там это отклонение выражено сильнее. Если над сушей оно обычно составляет 40-50°, то над морем может достигать 70-80°, и тогда ветер дует практически вдоль изобары.
Как измеряют скорость ветра
Приборы для измерения ветра устанавливаются на высоте 10-12 метров над земной поверхностью. Чтобы перевести скорость ветра из метров в секунду (м/с) в узлы (морские мили в час), достаточно умножить значение на 2.
Скорость ветра иногда оценивают в баллах по шкале Бофорта : 0 баллов соответствуют штилю, а 12 баллов — урагану. Скорость ветра в этой системе связывают с эффектами от его воздействия, которые можно заметить невооруженным глазом: волнением моря, качанием ветвей деревьев, распространением дыма из труб.
Указывая направление ветра, называют сторону света, откуда он дует. Реже направление обозначают углом:
Циклоны и антициклоны
Основные элементы в системе воздушных течений на Земле — это постоянно возникающие и разрушающиеся в атмосфере волны и вихри размером в несколько тысяч километров. Те из этих вихрей, в которых область с самым низким атмосферным давлением находится в центре, называют циклонами . Если в центре вихря, напротив, расположена область самого высокого давления, его называют антициклоном .
Вспомним, что воздух стремится перемещаться из области высокого давления в область низкого. За счет этого циклон представляет собой водоворот, в котором воздух условно засасывает в центр, а в антициклоне наоборот — выдувает из центра.
Область самого низкого давления расположена в центре циклона и на периферии антициклона. Там и будут дуть самые сильные ветра.
О приближении циклона свидетельствует появление на горизонте нитевидных перистых облаков, которые движутся параллельными полосами. Со временем небо затягивают все более плотные и низкие облака.
В антициклонах погода, как правило, малооблачная и сухая.
Фронты
Область столкновения двух воздушных масс разной температуры называют фронтом . Из-за того, что холодные и теплые воздушные массы находятся в атмосфере на разной высоте, фронты проходят не перпендикулярно к земле, а под углом. При столкновении воздушных масс одна из них как бы наползает на другую или же, наоборот, подлезает под соседа снизу.
Если перед вами фронт — ожидайте перемену погоды и осадки. Если вперед движется теплый воздух, то такой фронт называют теплым, если холодный — холодным.
Теплая воздушная масса, проходя над холодной, постепенно остывает. Однако охлаждение происходит медленно, поэтому вместо насыщенных, но коротких ливней получаются затяжные моросящие дожди или мелкий снег зимой.
Двигаясь над теплой поверхностью, холодная воздушная масса и сама прогревается, причем быстрее, чем охлаждался бы теплый фронт. Вытесненный наверх влажный и теплый воздух, в свою очередь, резко охлаждается, что заставляет воду в нем конденсироваться в мощные кучево-дождевые облака, несущие с собой ливни и грозы.
В молодых циклонах между теплым и холодным фронтами у поверхности Земли заключен теплый воздух. Эту зону называют “теплым сектором” . Теплая и устойчивая воздушная масса в ней как правило приносит с собой туманы и морось, снижающие видимость. Хотя летом над сушей в теплом секторе могут быть и ливни и грозы. По мере эволюции циклона эта зона постепенно сужается, пока окончательно не исчезает у поверхности Земли.
Когда сталкиваются и соединяются два циклона, быстро движущийся холодный и более медленный и теплый, возникает фронт окклюзии (сомкнутый фронт). Таким образом, в зоне этого фронта взаимодействуют сразу три воздушных массы разной температуры: две более холодных, сомкнувшихся внизу, и по-настоящему теплая, вытесненная ими наверх. Это закономерно приводит к выпадению осадков разной интенсивности и грозам.
Бризы
Днем солнце нагревает сушу сильнее, чем воду. А ночью суша остывает быстрее, чем вода. Поэтому днем более теплый воздух расположен над сушей, а ночью — над морем.
Днем легкий горячий воздух над сушей устремляется вверх. Но его место не пустует: за счет понижения давления в этой области в нее тут же устремляется более прохладный воздух с моря. Ночью, когда воздух над сушей остывает, направление ветра меняется на противоположное.
Обычно скорость ветра при бризе — 3-5 м/с. В тропиках из-за большего перепада температур между сушей и морем она может быть и выше.
О чем расскажут облака
Формы облаков очень разнообразны. Существуют целые атласы фотографий с описаниями. Впрочем, основных форм облаков всего десять. А беспокоиться о том, что скоро начнутся дожди, стоит, столкнувшись с тремя из них:
Так называют плотный покров облаков темно-серого цвета, через который даже не просвечивают Солнце и Луна. Под ними часто собираются бесформенные скопления низких разорванных облаков, особенно мрачных на фоне слоисто-дождевых, которые еще называют “облаками плохой погоды”. Название этих облаков говорит само за себя. Именно они приносят средние по интенсивности дожди или снегопады, которые длятся порядка 10 часов и выпадают на большой площади.
Эти облака представляют собой однородный, но более тонкий серый слой из капель, похожий на зависший высоко над землей туман, через который отчетливо просвечивают Солнце и Луна. Иногда эти облака имеют вид разорванных клочьев (разорванно-слоистые облака). Из них может выпадать морось, ледяные иглы, мелкий снег, снежные зерна.
Это мощные, развитые по вертикали в виде гор и башен облачные массы. Их вершины приплюснуты и нередко имеют характерную форму наковален. Это предвестники ливней и гроз. Хорошая новость: в отличие от обложных осадков ливни — хоть и интенсивные, но непродолжительные дожди. Именно на фоне этих облаков можно любоваться радугами.
С кучево-дождевыми облаками связано такое явление как шквал . Так называют резкое кратковременное усиление ветра до 20 м/с и более, сопровождающееся к тому же сменой направления ветра. Такое усиление продолжается несколько минут и иногда повторяется на протяжении короткого времени.
Шкваловое облако имеет очень характерный вид: оно чёрное, с рваными краями, как бы когтями, спускающимися вниз и белой завесой дождя в глубине облака. Облако идёт низко над землёй; нижний его край каждую секунду меняет свою форму.
Если команда вовремя не подготовится к шквалу, он может опрокинуть яхту. Если при приближении кучево-дождевого облака ветер начал затихать и затих — это сигнал, что действовать нужно быстро. Вскоре он задувает вновь, но в противоположную сторону. Как правило, шквал настигает лодку в тот момент, когда облако оказывается над ней. К этому времени паруса должны быть убраны.
Кроме того, с кучево-дождевыми облаками связаны смерчи . Они образуются часто сериями по несколько вихрей в передней части грозового облака и проникают сверху до самой земной поверхности. Диаметр смерча порядка десятков метров. Со стороны он выглядит как:
— темный столб между облаками и водой, расширяющийся кверху и книзу;
— или как хобот, свисающий из облака.
Вихрь перемещается вместе с облаком со скоростью порядка 30-40 км/ч. Время его существования измеряется минутами, но за это время он может продвинуться над морем на несколько километров. Смерчи обладают меньшей разрушительной силой, чем наземные торнадо, однако встречи с ними все равно необходимо избегать.
Ветры — атмосферные помощники и враги на море
Вблизи экватора в обоих полушариях находятся пояса постоянных восточных ветров — пассатов. Их скорость у земной поверхности составляет в среднем 5-8 м/с. Над зоной пассатов образуются слоисто-кучевые облака, поэтому осадки здесь не часты.
Полоса над самим экватором, расположенная между поясами пассатов, называется внутритропической зоной конвергенции. Ширина этой зоны низкого атмосферного давления шириной — 1-3° по меридиану.
Ее положение относительно экватора немного меняется в зависимости от времени года. Она слегка смещается в то полушарие, в котором наступает лето.
Погода в этом поясе неустойчивая: периоды засухи со слабыми ветрами и даже штилями сменяются ливнями и шквалами, которые длятся по 2-3 дня.
Особое внимание метеорологи уделяют наблюдению за мощными циклонами, которые образуются в тропической зоне между 5 и 20 градусами широты в обоих полушариях. Выглядит он как гигантское грозовое облако, в которое втягиваются спиральные гряды облаков.
В таком циклоне ветер усиливается до 17 м/с и более. В одном случае из десяти тропический циклон развивается в шторм с ветром до 33 м/с или даже ураган — на порывах свыше 33 м/с. В среднем скорость ветра у земной поверхности составляет 40-50 м/с с отдельными порывами до 100 м/с.
Всего на Земле за год возникает в среднем около 80 тропических циклонов со штормовыми и ураганными ветрами. Главная причина их возникновения — мощный подъем нагретого и влажного воздуха над большой площадью океана. Над сушей они никогда не образуются.
Проходя, тропический циклон вызывает на море сильнейшее волнение. Плоские берега затапливают волны до 10-15 метров высотой.
Большинство тропических циклонов перемещается по похожей траектории. Она напоминает параболу, вершина которой обращена на запад.
Переходя в умеренные широты, тропический циклон расширяется по площади, однако именно это становится для него началом конца. Перепады давления между центральной областью и периферией становятся более плавными, и скорость ветра в циклоне падает. Он теряет свою разрушительную мощь.
Еще один тип сильного холодного и порывистого ветра называется бора. Когда холодный воздух переваливает через низкий горный хребет, достигая теплого моря у подножия, он разгоняется до значительных, штормовых скоростей и вызывает сильное волнение. Бора не затихает 1-3 дня, а иногда и неделю.
Какой может быть бора и где она дует:
- Северо-западный ветер Мистраль, который дует из северных районов Европы по долине реки Роны на побережье Лионского залива Франции от Монпелье до Тулона в феврале-марте.
- Северный и северо-восточный ветер типа боры в Испании, Франции и даже Италии называется Трамонтана.
- Из Канады в США, Мексику, Мексиканский залив, вплоть до северной части Южной Америки в ноябре-апреле дует Нортсер.
- Адриатическую бору в Хорватии и Черногории также называют Бура. Зимой она может охватить практически все Адриатическое море.
- Сильная бора бывает зимой на Черном море в районе Новороссийска.
- В Каспийском море в районе города Баку в Азербайджане дует северный Хазри.
Источник