СТАТЬИ И ПУБЛИКАЦИИ

Вход или Регистрация

ПОМОЩЬ В ПАТЕНТОВАНИИ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ФОРУМ Научно-техническая библиотекаНаучно-техническая библиотека SciTecLibrary
 
Cтатьи и Публикации    Астрономия    Звезды ЗЕЛЁНЫЙ ЛУЧ И РАВНОКВАНТОВОСТЬ ИЗЛУЧЕНИЙ СОЛНЦА

 

ЗЕЛЁНЫЙ ЛУЧ И РАВНОКВАНТОВОСТЬ ИЗЛУЧЕНИЙ СОЛНЦА

 

© М. П. ФИЛИППОВ, А. М. ФИЛИППОВ, А. А. ФИЛИППОВА

ЧП “ЭПРОНИК”, г. Рубежное, Украина

 Контакт с автором: carboran2@yandex.ru

 

Показано, что рассеяние излучения фотосферы в верхней фотосфере, хромосфере и короне Солнца приводит к уширению полосы равноквантовости в спектре излучения Солнца, потемнению к краю диска, существованию окрашенного хромосферного неба над Солнцем, изредка наблюдаемого на Земле как зелёный луч.

____________________________________________________________________

Немногие сами наблюдали довольно редкое явление зелёного луча, но многие слышали о нём: в самом конце захода за горизонт быстро (обычно за доли минуты) малая часть края диска Солнца изменяет цвет от оранжево-жёлтого до изумрудно-зелёного, а иногда и синего. То же явление наблюдается в самом начале восхода Солнца, только в обратном порядке. Почему зеленый луч бывает виден, не вполне ясно; обычно объясняют это явление преломлением и рассеянием света в атмосфере Земли (см. [1], с. 2). Нам удавалось много раз видеть зелёный луч как вспышку, один раз – дольше минуты (во время белых ночей). Зрелище незабываемое: всё стало вокруг голубым и зелёным.

В астрофизической классификации звезд Солнце считается (см. [1], с. 2) желтым карликом (класс G2V). Однако в энергетическом спектре излучений Солнца (см. рис. 1) имеется единственный максимум-пик на сине-зелёном (360≤ λ≤ 555 нм) участке видимой области (в.о., 360≤ λ≤ 760 нм), а точнее, на участке (400≤ λ≤ 450 нм). Как связано рассеяние и желтизна Солнца, сине-зелёный пик, зелёный луч?

В астрофизике моделью излучения Солнца и звёзд в первом приближении считают (см. [1], с. 4) излучение абсолютно черного тела. Это излучение имеет энергетический спектр Se(λ)=2πhc2λ-5·[exp(hc/kTλ)-1]-1 Дж·с-1м-3 и квантовый спектр Sq(λ)=2πcλ-4·[exp(hc/kTλ)-1]-1 с-1м-3. Каждый из этих спектров имеет максимум при длинах волн λem и λqm, которые связаны с температурой черного тела T законами Вина-Голицына: λem = hc/4,965kT для энергетического максимума и λqm = hc/3,9207kT для квантового максимума (см. [2]). Так, для эффективной температуры поверхности Солнца Тэ=5780 K максимум потока энергии достигается при λem = 502 нм (в сине-зелёной части в.о.), а максимум потока квантов достигается при λqm = 632 нм (в желто-оранжевой части в.о.). Т.о., квантовый спектр точно указывает цвет Солнца, жёлтого карлика (см. рис. 2 и 3).

Рассмотрение квантовых спектров излучений Солнца позволило обнаружить широкую (570-670 нм) полосу равноквантовости (см. [3], [4], а также рис. 3). Увеличение ширины полосы равноквантовости обусловлено значительной, гиперболической крутизной сине-зелёного максимума-пика на участке (400≤ λ≤ 450 нм) в энергетическом спектре излучения Солнца, (см. [3], [4], а также рис. 1, Se(cl) – в центре диска, Se(sl) – у края диска). Наличие этого пика и сложного рельефа коротковолновой части спектра мы попытались связать с рассеянием излучения фотосферы по закону 1/λn (n≤4), которое возможно в области перехода от фотосферы к хромосфере. В нижней хромосфере толщиной 1500 км температура уменьшается от 5870 К до 4500 К (500 км), а затем монотонно увеличивается до 6000 К (1500 км); плотность, давление и концентрация частиц уменьшаются на несколько порядков. Верхняя фотосфера, мутноватая, интенсивно излучающая, поглощающая, переизлучающая свет, рассеивает его по закону 1/λ. Далее идёт почти прозрачная и мало излучающая нижняя хромосфера, рассеивающая свет по закону 1/λn (2≤n≤4).

Энергетические спектры потока излучения Солнца, измеренные с Земли (квазиконтинуум), приведены в монографии [5]. В таблице на с. 203-204 приведены три набора средних значений потока излучения Солнца Se, мВт/(см2∙мкм); средняя интенсивность излучения в линейчатом спектре в центре диска Se(cl), кВт/(см2∙ср∙мкм); потемнение к краю в виде отношения Se(sl)/Se(cl) и средняя интенсивность излучения в центре диска между спектральными линиями Se(cil), кВт/(см2∙ср∙мкм).

Нами рассчитаны: средние значения Se трёх наборов данных, значения средней интенсивности излучения на краю диска Se(sl), все значения нормированы на едиеицу делением на максимальные значения в каждом наборе; результаты представлены на рис. 1.

Поскольку интенсивность излучения Солнца в центре диска Se(cl) больше, чем у края диска Se(sl), мы вычислили разность Se(cl-sl) = Se(cl) - Se(sl). Мы получили спектр, очень похожий на спектр излучения Солнца в центре диска Se(cl), но с ещё более крутым сине-зелёным максимумом-пиком (см. рис. 1).

Рис. 1. Энергетические спектры излучений Солнца Se(sl), Se(cl), Se(cl-sl), Se(cl)*, Se(cl)**

В астрофизике потемнение к краю диска Солнца объясняют уменьшением температуры фотосферы с высотой и тем, что на краю диска при касательном направлении луча зрения видны лишь поверхностные слои фотосферы (см. [1], с. 4). При уменьшении температуры черного тела наблюдается смещение максимума спектра в сторону более длинных волн, но на рис. 1 такого смещения не заметно.

Другое правдоподобное объяснение этого эффекта – рассеяние излучения Солнца в верхнем, обращающем, слое фотосферы, хромосфере и короне. Например, именно рассеянием излучения фотосферы на свободных электронах астрофизики объясняют свечение короны – серебристое сияние, простирающееся до нескольких радиусов Солнца во время полной фазы затмения (см. [1], с. 9).

Чтобы проверить обоснованность этого предположения мы рассчитали энергетические спектры излучения Солнца в центре диска, рассеянного по закону 1/λn, где n≤4. Оказалось, что при n=1 рассчитанный спектр Se(cl)* = Se(cl)∙λem/λ почти совпадает со спектром Se(cl-sl), т.е. Se(cl)* ≈ Se(cl-sl), как это показано на рис. 1. Поэтому наше предположение о вкладе рассеяния в суммарный спектр излучения Солнца правомерно.

Мы также представили излучение Солнца как сумму Se = B52 + A. Здесь B52 - равновесное излучения чёрного тела с температурой 5200 K (яркостная температура в далёкой ИК-области, λ=5 мкм), и A - неравновесное излучение, формирующееся при рассеянии, поглощении, переизлучении равновесного излучения. Для этого мы рассчитали разность A = Se – B52. Полученный спектр (после нормирования на 1) также почти совпал со спектром излучения Солнца, рассеянного мутной фотосферой по закону 1/λ, т.е. Se(cl)* ≈ A (см. рис. 2)

Рис. 2. Энергетические спектры излучения Солнца Se, рассеянного излучения Солнца Se* = Se(cl)*, неравновесного излучения A = Se - B52 до и после нормирования, а также спектры равновесных излучений: B52, вписанный в Se, и B58 (Tэ=5780 K), аппроксимирующий Se.

При рассеянии на флюктуациях плотности, концентрации в разрежённых, почти прозрачных средах, подобных хромосфере, значения показателя степени увеличиваются вплоть до n=4 (см. рис. 1),

Возможно, именно такой спектр излучения после рассеяния имеет свечение короны Солнца. Судя по значению длины волны максимума в квантовом спектре λqm = 460 нм, цвет этого излучения такой, как у звёзд класса A – синевато-белый, т.е. серебристый.

Причиной бледно-жёлтого (но не сине-зелёного!) цвета Солнца для наблюдателя в космосе (см. [6]) и жёлто-оранжевого на Земле является широкая полоса равноквантовости (см. рис. 3).

Рис. 3. Квантовые спектры излучений Солнца Sq, Sq(sl), Sq(cl), Sq(cl-sl), Sq(cl)*, Sq(cl)**.

Тем не менее, при особых условиях наблюдения можно увидеть зелёный и синий цвет излучений отдельных областей Солнца. У края диска при касательном направлении луча зрения видны области перехода от фотосферы к хромосфере, интенсивно рассеивающие излучение, исходящее из фотосферы и гораздо более протяжённые, чем их толщина в центре диска. Например, протяжённость фотосферы (кратчайшая оптическая длина пути касательного луча зрения), наблюдаемой у края диска, можно оценить как длину хорды L, касательной к “нижним слоям фотосферы”. При толщине фотосферы H=350 км и радиусе Солнца R=700 тыс. км эта длина составляет L = (8R∙H - H2)1/2 = 44 тыс. км, что превышает длину экватора на Земле. Ещё толще нижняя хромосфера (в несколько раз). Поэтому все процессы рассеяния излучения, которые известны на Земле (и привлекаются для объяснения явления зелёного луча), протекают и на Солнце, причём в больших масштабах.

На наш взгляд, нижняя хромосфера играет роль сине-зелёного неба над Солнцем, незаметного на фоне гораздо более яркого излучения фотосферы, но заметного в виде зелёного луча при наблюдении самого края диска. Это пробное утверждение подтверждается известными наблюдениями. В частности, хромосфера, буквально, цветная сфера, при полном солнечном затмении видна как яркое розоватое, т.е., сине-красное кольцо, цветная подкладка серебристой солнечной короны. По другим данным, это кольцо сине-зелёное (см. [7]). Однако синий и зелёный вклад в цвет хромосферы – это рассеянное хромосферой излучение фотосферы, но не собственно излучение фотосферы, в энергетическом спектре которого имеется гиперболически крутой сине-зелёный пик, обусловливающий существование полосы равноквантовости. Мы рассчитали крайний случай: энергетический Se(cl)** = Se(cl)∙(λem/λ)4 и квантовый спектры излучения Солнца, рассеянного по закону Релея 1/λ4, предполагая условия рассеяния идеальными (см. рис. 1 и рис. 3). Собственно, полоса равноквантовости в квантовом спектре соответствует полосе гиперболической крутизны в энергетическом спектре излучения Солнца.

Итак, одним из процессов, приводящих к увеличению ширины полосы равноквантовости, может быть рассеяние излучения фотосферы на флюктуациях малых неоднородностей вещества верхней фотосферы, хромосферы и короны Солнца. Этот же процесс приводит также к потемнению к краю диска, причём имеет место рассеяние по закону 1/λ, и, как известно, рассеяние вперёд и назад одинаково и вдвое больше поперечного рассеяния. Поэтому может наблюдаться вторичное рассеяние, усложняющее рельеф коротковолновой (сине-зелёной) части спектра излучения Солнца. Аналогичный процесс рассеяния излучения фотосферы является причиной серебристого (т.е. иссиня белого, почти равноквантового) свечения короны Солнца при полных затмениях.

Нами получена очень упрощённая картина формирования реального спектра излучения Солнца. Она содержит главную, очевидную, но до сих пор неосознанную деталь: полосу приблизительной равноквантовости, которая на Земле ещё уширяется и превращается в почти равноквантовый дневной белый свет, освещающий всю нашу жизнь и служащий для всех людей внутренним стандартом чистоты и белизны. На наш взгляд, это очень важный результат, полученный очень простым путём.

 

Литература.

  1. Иванов-Холодный Г.С. Загадка явления зелёного луча, наблюдаемого в тропиках. http:crydee.sai.msu.ru/Universe_and_us/v4num/v4pap6.html
  2. Лившиц М.А. Солнце. См. www.astronet.ru/db/msg/1179694/index.html
  3. Таблицы физических величин / Ред. И.К. Кикоин. М.: Атомиздат, 1976. 1008 с.

  4. Филиппов М.П. и др., Равноквантовость излучения Солнца и дневного света. См.www.sciteclibrary.ru/rus/catalog/pages/8799.html
  5. Филиппов М.П. Филиппов А.М., Филиппова А.А.. Квантовые спектры излучений Солнца. См. www.sciteclibrary.ru/rus/catalog/pages/8809.html
  6. Поток энергии Солнца и его измерение / Ред. О. Уайт. М.: Мир. 1980. С. 203-205.
  7. Лазарев А.И., Николаев А.Г., Хрунов Е.В. Оптические исследования в космосе. – Л.: Гидрометеоиздат, 1979. – 253 с.
  8. Зелёный луч. Фотография 3 из 6. Фотогалерея. Солнце. www.astrogorizont.com/content/op-photo/act-shou/img-276

 

Дата публикации: 13 февраля 2008
Источник: SciTecLibrary.ru

Вы можете оставить свой комментарий по этой статье или прочитать мнения других в следующих разделах ФОРУМА:
Свернуть Защита интеллектуальной собственности и авторских прав
Диспуты по темам изобретательства. Вопросы по изобретениям, проблемы на пути изобретателей и методы их решения.
Патентование. Все о патентовании изобретений, полезных моделей, промышленных образцов и товарных знаков.
Нерешенные задачи. Здесь идет обсуждение нерешенных задач: безопорный двигатель, вечный двигатель, преодоление гравитации и пр.
Свернуть Точные науки и дисциплины
Дебаты по Теории Относительности Эйнштейна. Все кому не лень хотят опровергнуть Теорию Относительности Эйнштейна. Вам предоставляется слово для аргументации.
Физика, астрономия, математические решения. Физико-математические вопросы, наблюдения, исследования, теории и их решение.
Физика альтернативная. Новые взгляды на физические законы, теории, эксперименты, не вписывающиеся в общепринятые законы физики.
Teхника, узлы, механизмы, электроника и аппаратура. Все про технику, приборы, детали, узлы и механизмы. Электроника, компьютеры, программное обеспечение. Новые технические решения в самых разных областях.
Биология, Генетика, Все о жизни. Генетика и другие вопросы биологии. Их развитие. Медицина. Биотехнологии, агротехника и сельское хозяйство. Эволюционные теории и альтернативные им.
Химия. Вопросы по химическим технологиям, разработкам и применению химических материалов. Химические элементы и их свойства.
Геология, все о Земле и ее обитателях. Геология, метеорология, антропология, сейсмология, атмосферные явления и непознанные эффекты природы.
Свернуть Мозговой штурм
Генератор решений. Здесь Вы можете заработать реальные деньги, помогая решать фирмам, предприятиям и частным лицам те или иные технические задачи, которые перед ними стоят. Те, кто ставят задачи перед участниками должны обозначить гонорар за ее решение и перевести указанную сумму на общий счет генератора.
Головоломки. Если у Вас есть желание поломать голову над интересными логическими задачами - Вам сюда.
Гипотезы. В этой теме идет обсуждение гипотез и предположений, основанных чисто на теории и логике.
Найди ляп! Этот раздел для тех, кто хочет мысленно расслабиться. Он посвящен задачам по поискам ляпов, которые встречаются в литературе, интернете, кино и на телевидении.
Свернуть Взгляд в будущее и настоящее
Глобальные темы. Вопросы касающиеся всех. Глобальные угрозы и злободневные темы современности.
Наука и ее развитие. Все о развитии науки, направлениях и перспективах движения научной мысли и знаний.
Новая Цивилизация. Принципы социального устройства новой цивилизации. Увеличение роли созидательного интеллекта... Отдалённые перспективы развития человечества...
Вопросы без ответов. Этот раздел посвящен вопросам и проблемам, которые до сих пор не решены. Предлагайте свои решения.
Военная стратегия и тактика современных боевых действий. Об особенностях современного военного искусства. Проблемные вопросы теории и практики подготовки вооруженных сил к войне, её планирование и ведение в различных конфликтах на планете.
Свернуть Гуманитарные науки и дисциплины
Философские дискуссии. Диспуты по вопросам жизни, сознания, бытия и иных философских понятий.
Экономика. Вопросы по экономике и о путях развития России и других стран.
Социология, Политология, Психология. В этом разделе обсуждаются вопросы, как отдельных частных исследований данных наук, так и проблема соотношения этих наук с остальными.
Образование. Все об образовании: как учить, кому учить, чему учить и кого учить.
Религия и атеизм. Вопросы религий и атеистические взгляды, религиозные споры.

Хотите разместить свою статью или публикацию, чтобы ее читали все?
Как это сделать - узнайте здесь.

Назад

 
О проекте Контакты Архив старого сайта

Copyright © SciTecLibrary © 2000-2017

Агентство научно-технической информации Научно-техническая библиотека SciTecLibrary. Свид. ФС77-20137 от 23.11.2004.